JP3751794B2 - ラジアル軸受の製造装置、及び製造用加工工具、並びに製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面を仕上加工するようにしたラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具並びに製造方法に関するものであり、特に、高精度が要求される動圧軸受装置用として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、各種回転駆動装置には、メタル軸受、焼結軸受、動圧軸受などの種々のラジアル軸受が用いられている。それらのラジアル軸受を製造するにあたっては、軸受孔の内面加工が行われるが、その際、切削加工（レース加工）が通常は採用されていて、まず荒加工によって下孔の孔径が拡大され、その後に仕上加工が行われて、軸受孔の内周面が所望の内径寸法、表面粗さ、及び真円度を備えるように所定の精度に仕上げ加工される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような切削加工（レース加工）による軸受内面の仕上げ加工では、加工後の挽き跡や、うねり跡が残ってしまうことなどから、内径公差が±２μｍ以下、表面粗さが０．２ＲＡ以下、真円度は０．５μｍ以下の精度に仕上げるのが限度である。特に、動圧軸受装置のような場合に、それ以上の高精度な仕上げ加工を行おうとすると、加工時間が飛躍的に増大してしまう上に、高価な櫛歯型高精密自動旋盤等を用いる必要が出てくるため、生産性が極端に低下してしまうこととなる。また、このような加工上の理由から、上述した各種軸受部材の軸受特性にも実質的な限界点が存在しており、高性能な軸受部材を安価に得ることは非常に困難となっている。
【０００４】
そこで本発明は、高精度な軸受内周面を安価に仕上げることができるようにしたラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具並びに製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のラジアル軸受の製造装置では、ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面を仕上加工する内面仕上加工工具を備えたラジアル軸受の製造装置において、上記内面仕上加工工具は、前記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材とを備え、上記回転芯駒部材が、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着されている。
【０００６】
また、請求項２記載の軸受部材のラジアル軸受の製造装置では、ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面の仕上加工を行うラジアル軸受の製造加工工具において、上記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材とを備え、上記回転芯駒部材が、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着されている。
【０００７】
さらに、請求項３記載のラジアル軸受の製造装置又は製造用加工工具では、前記請求項１又は請求項２記載の回転芯駒部材の外周面と、前記工具軸本体部材の中空収納部の内周面との間には、上記回転芯駒部材の自由移動を可能とする半径方向隙間δが形成されている。
【０００８】
さらにまた、請求項４記載のラジアル軸受の製造装置又は製造用加工工具では、前記請求項１又は請求項２記載の各転造加工部材における転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄに対して、各転造加工部材における転造加工面の軸方向長さＬが、同一寸法またはそれ以上の寸法に形成されている。
【０００９】
一方、請求項５記載のラジアル軸受の製造装置又は製造用加工工具では、前記請求項１又は請求項２記載の工具軸本体部材における中空収納部の軸方向両端面に対して前記回転芯駒部材の軸方向両端面が、支持球体を介して軸方向に支持されている。
【００１０】
また、請求項６記載のラジアル軸受の製造装置又は製造用加工工具では、前記請求項１記載又は請求項２記載の転造加工部材が、前記工具軸本体部材に対して取替交換可能に装着されている。
【００１１】
さらに、請求項７記載のラジアル軸受の製造方法では、ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面を、所定の仕上加工工具を用いて仕上加工するようにしたラジアル軸受の製造方法において、上記仕上加工工具として、前記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材と、を備えた工具を用いる製造方法であって、上記仕上加工工具の回転芯駒部材を、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着しておき、前記軸受孔の内周面側に上記仕上加工工具を挿入したときに、上記回転芯駒部材を回転させて複数の転造加工部材のそれぞれを等速で回転させることによって、上記工具軸本体部材の中心軸線に対して前記回転芯駒部材を半径方向および軸傾斜方向へ微小移動させ、その回転芯駒部材の微小移動によって、上記複数の転造加工部材を前記軸受孔の中心軸線回りに同芯調整した状態で、前記軸受孔の内周面の仕上加工を行うようにしている。
【００１２】
さらにまた、請求項８記載のラジアル軸受の製造方法では、前記請求項７記載の回転芯駒部材の外周面と、前記工具軸本体部材の中空収納部の内周面との間に、上記回転芯駒部材の自由移動を可能とする半径方向隙間δを形成しておくようにしている。
【００１３】
一方、請求項９記載のラジアル軸受の製造方法では、前記請求項７記載の各転造加工部材における転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄに対して、各転造加工部材における転造加工面の軸方向長さＬを、同一寸法またはそれ以上の寸法に形成しておくようにしている。
【００１４】
また、請求項１０記載のラジアル軸受の製造方法では、前記請求項７記載の工具軸本体部材における中空収納部の軸方向両端面に対して前記回転芯駒部材の軸方向両端面を、支持球体を介して軸方向に支持するようにしている。
【００１５】
さらに、請求項１１記載のラジアル軸受の製造方法では、前記請求項７記載の転造加工部材を、前記工具軸本体部材に対して取替交換可能に装着しておくようにしている。
【００１６】
このような構成を有する本発明にかかる請求項１，２又は７記載のラジアル軸受の製造装置、製造用加工工具及び製造方法によれば、転造加工部材を有する仕上加工工具を軸受孔内に挿入するにあたって、両部材の中心軸線どうしが平行に位置ズレしていたり傾斜角度を有する場合であっても、複数の転造加工部材が回転芯駒部材の回りに互いに等速で回転しながら軸受孔の内周面に接触することとなり、その軸受孔の内周面に対する等圧力に基づいて自動調心作用が働き、その自動調心作用によって上記回転芯駒部材が半径方向および軸傾斜方向へ強制移動されて工具軸本体部材の中心軸線と一致する。その結果、上記複数の転造加工部材の最外周面を結んだ加工径の中心軸線は、前記軸受孔の中心軸線と自動的かつ高精度に一致し、その軸線合わせが高精度に行われた状態で、上記転造加工部材による加工が開始される。以後、当該転造加工部材による押圧印作用によって、切削加工のような挽き跡やうねり跡を残すことなく、軸受内周面が高精度に仕上げられる。
【００１７】
このときの上記回転芯駒部材の半径方向および軸傾斜方向への移動は、請求項３記載のラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具、又は請求項８記載の製造方法のように、回転芯駒部材と工具軸本体部材の収納部との間に隙間δを形成しておくことによって容易かつ確実に行われる。
【００１８】
また、上記回転芯駒部材の半径方向および軸傾斜方向への移動は、請求項４記載のラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具又、は請求項９記載の製造方法のように、転造加工部材の転造加工面の軸方向長さＬを長く設定しておくことによって容易かつ確実に行われる。
【００１９】
さらに、上記回転芯駒部材の半径方向および軸傾斜方向への移動は、請求項５記載のラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具、又は請求項１０記載の製造方法のように、回転芯駒部材を、支持球体を介して軸方向に支持することによって容易かつ確実に行われる。
【００２０】
一方、請求項６記載のラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具、又は請求項１１記載の製造方法のように、転造加工部材を取替交換可能としておけば、転造加工部材による加工径を容易に変更することが可能となるとともに、長期にわたっての安定使用が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、それに先立って、本発明を適用するハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の全体構造を図面に基づいて説明しておく。
【００２２】
図３に示されている軸回転のＨＤＤ用スピンドルモータの全体は、固定部材としてのステータ組１０と、そのステータ組１０に対して図示上側から組み付けられた回転部材としてのロータ組２０とから構成されている。このうちステータ組１０は、図示を省略した固定基台側にネジ止めされる固定フレーム１１を有している。この固定フレーム１１は、軽量化を図るためにアルミ系金属材料から形成されているが、当該固定フレーム１１の略中央部分に立設するようにして形成された環状の軸受ホルダー１２の内周側には、中空円筒状に形成された固定軸受部材としての軸受スリーブ１３が、圧入又は焼バメによって上記軸受ホルダー１２に接合されている。この軸受スリーブ１３は、小径の孔加工等を容易化するためにリン青銅などの銅系合金材料から形成されている。
【００２３】
また、前記軸受ホルダー１２の外周取付面には、電磁鋼板の積層体からなるステータコア１４が嵌着されている。このステータコア１４に設けられた各突極部には、駆動コイル１５がそれぞれ巻回されている。
【００２４】
さらに、図４にも示されているように、上記軸受スリーブ１３の中心位置に設けられた軸受孔１３ａ内には、上述したロータ組２０を構成する回転軸２１が回転自在に挿入されている。本実施形態における回転軸２１は、所定のステンレス鋼から形成されている。つまり、前記軸受部材としての軸受スリーブ１３の方が、軸部材としての上記回転軸２１よりも、柔軟性を有する材質から形成されている。
【００２５】
そして、上記軸受スリーブ１３における軸受孔１３ａの内周面に形成された動圧面は、上記回転軸２１の外周面に形成された動圧面に対して半径方向に対面するように配置されており、その微小な軸受隙間の部分にラジアル動圧軸受部ＲＢが構成されている。より詳細には、上記ラジアル動圧軸受部ＲＢにおける軸受スリーブ１３側の動圧面と、回転軸２１側の動圧面とは、数μｍの微少隙間を介して周状に対向配置されており、その微少隙間からなる軸受空間内に、所定の潤滑流体が軸方向に連続するように注入されている。
【００２６】
さらに、上記軸受スリーブ１３及び回転軸２１の両動圧面の少なくとも一方側には、例えばへリングボーン形状のラジアル動圧発生用溝１３ｂ，１３ｂが、軸方向に２ブロックに分けられて環状に凹設されており、回転時に、当該ラジアル動圧発生用溝１３ｂのポンピング作用により上記潤滑流体が加圧されて動圧を生じ、その潤滑流体の動圧によって、前記回転軸２１とともに後述する回転ハブ２２がラジアル方向に軸支持される構成になされている。
【００２７】
一方、上記各ラジアル動圧軸受部ＲＢを構成している軸受空間の図示上端部分に、毛細管シール部ＲＳが配置されている。この毛細管シール部ＲＳは、上記回転軸２１又は軸受スリーブ１３側に形成された傾斜面によって、上述した軸受隙間を軸受外方側に向かって徐々に拡大した構成からなるものであって、例えば２０μｍから３００μｍの隙間寸法に形成されている。この毛細管シール部ＲＳ中には、モータの回転・停止のいずれの場合においても、潤滑流体の液面が位置する構成になされている。
【００２８】
さらに、上記回転軸２１とともにロータ組２０を構成している回転ハブ２２は、図示を省略した磁気ディスク等の記録媒体を搭載するように、アルミ系金属からなる略カップ状部材からなり、当該回転ハブ２２の中心部分に設けられた接合穴２２ｄが、上記回転軸２１の図示上端部分に対して、圧入又は焼嵌めによって一体的に接合されている。
【００２９】
上記回転ハブ２２は、記録媒体ディスクを外周部に搭載する略円筒状の胴部２２ａを有しているとともに、この胴部２２ａの図示下側の内周壁面側に、バックヨーク２２ｂを介して環状駆動マグネット２２ｃが取り付けられている。この環状駆動マグネット２２ｃは、前述したステータコア１４の外周側端面に対して環状に対向するように近接配置されている。
【００３０】
一方、前記回転軸２１の図示下端側の先端部分には、円盤状のスラストプレート２３が固着されている。このスラストプレート２３は、上述した軸受スリーブ１３の図示下端側の中心部分に凹設された円筒状の窪み部内に収容されるようにして配置されていて、その軸受スリーブ１３の窪み部内において、当該スラストプレート２３の図示上側面に設けられた動圧面が、軸受スリーブ１３に設けられた動圧面に対して、軸方向に近接するように対向配置されている。そして、それらの両対向動圧面のうち少なくとも一方側に、適宜の形状を有する動圧発生溝が形成されていて、それらスラストプレート２３及び軸受スリーブ１３の両動圧面どうしの対向隙間部分に、上側のスラスト動圧軸受部ＳＢａが形成されている。
【００３１】
さらにまた、上記スラストプレート２３の図示下側の動圧面に近接するようにして、比較的大径の円盤状部材からなるカウンタープレート１６が配置されている。このカウンタープレート１６は、上記軸受スリーブ１３の下端側開口部分を閉塞するように固着されたものであって、当該カウンタープレート１６の図示上面側に設けられた動圧面と、上述したスラストプレート２３の図示下側の動圧面との間の近接対向隙間部分にも、適宜の形状を有する動圧発生溝が形成されていることによって、下側のスラスト動圧軸受部ＳＢｂが形成されている。
【００３２】
上述したように軸方向に隣接して配置された一組のスラスト動圧軸受部ＳＢａ，ＳＢｂを構成しているスラストプレート２３側の両動圧面と、それに対向する軸受スリーブ１３及びカウンタープレート１６側の両動圧面とは、それぞれ数μｍの微少隙間を介して軸方向に対向配置されているとともに、その微少隙間からなる軸受空間内に、後述する組成を有する潤滑流体が、前記スラストプレート２３の外周側通路を介して軸方向に連続するように注入されている。
【００３３】
さらに、上記スラストプレート２３の動圧面と、軸受スリーブ１３及びカウンタープレート１６の動圧面との少なくとも一方側には、図示を省略したへリングボーン形状のスラスト動圧発生用溝が、半径方向に２ブロックに分けられて環状に凹設されており、回転時に、当該スラスト動圧発生用溝のポンピング作用によって上記潤滑流体が加圧されて動圧を生じ、その潤滑流体の動圧によって、上述した回転軸２１及び回転ハブ２２が、スラスト方向に軸支持される構成になされている。
【００３４】
このような構成を有するＨＤＤ用スピンドルモータに軸受部材として用いられている軸受スリーブ１３における軸受孔１３ａの内周面の仕上加工は、図５に示されているような本願発明にかかる内面仕上加工工具４１を用いた仕上加工装置により行われる。すなわち、本願発明にかかる内面仕上加工工具４１は、略水平状態に固定配置された工具ステージ（工具取付部材）３１に対して略鉛直上方に突出するように取り付けられているとともに、その内面仕上加工工具４１の直上位置に、当該内面仕上加工工具４１に対向するようにして回転スピンドル３２が鉛直方向に延在するように配置されている。その回転スピンドル３２の下端部分にはチャック３３が設けられており、前述した軸受スリーブ１３の軸受素材（ワーク）１３Ａが、上記チャック３３に取り付けられて同軸上に把持されている。上記回転スピンドル３２は、軸受素材（ワーク）１３Ａを回転させながら上下方向に往復移動する構成になされており、下降したときに、上記軸受素材（ワーク）１３Ａ内に上述した内面仕上加工工具４１が挿入されることによって、軸受孔１３Ａ１の内面仕上加工が行われるようになっている。
【００３５】
このような軸受孔の内面仕上加工を行う前段階においては、切削加工（レース加工）工程が施され、その後に上述したような内面仕上加工工程が行われる。その前段階加工の概略を説明しておくと、まず、前記軸受スリーブ１３の軸受素材１３Ａに下孔を開けておき、第１の荒加工によって上記下孔の孔径を切削工具により拡大させる。ついで、第２の荒加工工程において同じ切削工具を用いることにより油溝等を加工しつつ上記下孔の孔径を更に拡大する。さらに、切削工具からボール転造工具に切り替えて溝加工工程を行い、前述したラジアル動圧発生用溝１３ｂの加工を行った後、次の盛上削除加工工程において、上述したラジアル動圧発生用溝１３ｂの加工時に軸受孔１３Ａ１に生じた盛り上がり部分を削除する。なお、加工すべき軸受部材が、上述したラジアル動圧発生用溝１３ｂを有する動圧軸受部材ではなく、単なる滑り軸受として構成される場合には、上述した溝加工工程及び盛上削除加工工程は行われない。
【００３６】
次に、本発明の特徴である内面仕上加工工程に移行して、上述した軸受素材１３Ａの軸受孔１３Ａ１が、最終の仕上げ精度となるように加工される。この内面仕上加工工程は、前述した図５のような本願発明にかかる内面仕上加工工具４１を備えた仕上加工装置により実行されるが、本願発明の内面仕上加工工具４１の実施形態を次に説明する。
【００３７】
上記内面仕上加工工具４１は、前記軸受孔１３Ａ１の軸方向長さに対応した長さを備えていて、特に図１及び図２に示されているように、前述した工具ステージ３１（図５参照）側に固定される細長状の工具軸本体部材４１ａを有している。この工具軸本体部材４１ａは、前記工具ステージ３１側から鉛直上方に向かって突出する断面円形状の円筒状部材からなり、当該工具軸本体部材４１ａの軸方向途中部分の内部側には、軸方向に沿って延在する中空円筒状の中央収納室４１ｂが形成されていて、その中央収納室４１ｂ内に、断面中実円形状の回転芯駒部材４１ｃが回転可能に装着されている。
【００３８】
上記回転芯駒部材４１ｃの外径寸法は、当該回転芯駒部材４１ｃの外周面と、前記中央収納室４１ｂの内周面との間に、半径方向の隙間δを形成する寸法に設定されており、その半径方向隙間δ分だけ、上記回転芯駒部材４１ｃが半径方向に自由移動可能、かつ軸方向に対して傾斜することができるようにフローティング構造が形成されている。
【００３９】
また、上記回転芯駒部材４１ｃの軸方向両端面と、前記工具軸本体部材４１ａの中央収納室４１ｂの軸方向両端面との間部分には、支持球体４１ｄ，４１ｄがそれぞれ介在されていて、当該各支持球体４１ｄに対して上記回転芯駒部材４１ｃの軸方向両端面が点接触されることによって、上記回転芯駒部材４１ｃが、中心軸線の回りに自由回転可能な状態で軸方向に支持されるようになっている。このとき、上述した半径方向隙間δに加えて、上記回転芯駒部材４１ｃと両支持球体４１ｄとの間にも微少隙間が形成されており、その微少隙間分だけ、上述した回転芯駒部材４１ｃの傾斜移動が許容される構成になされている。
【００４０】
一方、上記回転芯駒部材４１ｃの外周面に対しては、４つの転造加工部材４１ｅが転動可能に当接・配置されている。これらの各転造加工部材４１ｅ外周面には、前述した軸受孔１３Ａ１の内周面に圧接する断面円形の転造加工面が設けられており、上記回転芯駒部材４１ｃが回転駆動されたときに、その回転芯駒部材４１ｃに当接する４つの転造加工部材４１ｅが互いに等速で回転しながら、各転造加工部材４１ｅにおける転造加工面が、前記軸受孔１３Ａ１の内周面上に圧接しつつ転動していく構成になされている。そして、そのときの各転造加工部材４１ｅにおける転造加工面の押圧印作用（図２中のＱ２・μ２参照）によって、上記軸受孔１３Ａ１の内周面の仕上加工が行われるようになっている。
【００４１】
このとき、上記各転造加工部材４１ｅにおける転造加工面の剪断力Ｑ２による押圧印作用力Ｑ２・μ２は、転造加工部材４１ｅの半径方向押圧力Ｑ１よりも充分に小さくなるように設定されており（Ｑ２・μ２≪Ｑ１）、それによって、上述したフローティング構造が確実に得られるようになっている。
【００４２】
一方、上記各転造加工部材４１ｅの軸方向両端部分は、略円錐形状の傾斜面部４１ｆにそれぞれ形成されており、それらの各傾斜面部４１ｆの外側露出部分を覆うようにして一対の止めリング４１ｇ，４１ｈが、上記工具軸本体部材４１ａに対して着脱可能に装着されている。すなわち、これら一対の止めリング４１ｇ，４１ｈは、上記各転造加工部材４１ｅの傾斜面部４１ｆを、傾斜面４１ｇｇ，４１ｈｈによって外側から保持することにより、上記各転造加工部材４１ｅの脱落を防止する機能を備えている。従って、これらの止めリング４１ｇ，４１ｈを工具軸本体部材４１ａから取り外すことによって、上述した各転造加工部材４１ｅの交換・脱着が行われるように構成されている。
【００４３】
また、上記一対の止めリング４１ｇ，４１ｈのうちの工具先端側に配置された止めリング４１ｈは、先端側部分（図１の右端側部分）が尖塔形状を備えるように形成されており、上述した軸受孔１３Ａ１の内部側に向かって容易に挿入されるようになされている。
【００４４】
このとき、前記各転造加工部材４１ｅにおける転造加工面の軸方向長さＬは、これら４つの転造加工部材４１ｅにおる各転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄと同一またはそれ以上の寸法に形成されており、そのように転造加工面の軸方向長さＬをなるべく長く設定することによって、前述した各転造加工部材４１ｅの等速回転運動が、軸受孔１３Ａ１の内周面側に良好に伝達されて、後述する自動調心作用が確実に得られるようになっている。
【００４５】
このような構成を有する実施形態にかかる内面仕上加工工具４１を用いて、前述した軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１（図５参照）の内面仕上加工工程を行うにあたっては、上記軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１内に内面仕上加工工具４１が挿入されることとなるが、その内面仕上加工工具４１を軸受孔１３Ａ１内に挿入するにあたって、図６に示されているように、両者の中心軸線どうしが平行に位置ズレしていたり傾斜角度を有する場合であっても、次のような自動調心作用によって、軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の中心軸線に対して内面仕上加工工具４１の中心軸線が容易かつ確実に位置合わせされる。
【００４６】
すなわち、上記内面仕上加工工具４１が回転駆動されると、４つの転造加工部材４１ｅが回転芯駒部材４１ｃの回りに互いに等速回転しながら軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の内周面に接触することとなり、その下孔１３Ａ１の内周面に対する等速回転と等圧力により自動調心作用が働く。そして、その自動調心作用によって、上記回転芯駒部材４１ｃの中心軸線が、前記軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の中心軸線と一致するように半径方向および軸傾斜方向へ強制移動され、その結果、上記４つの転造加工部材４１ｅにおける各転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄの中心軸線が、前記軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の中心軸線と自動的かつ高精度に一致することとなる。このように中心軸線の位置合わせが高精度に行われた状態で、上記転造加工部材４１ｅによる仕上げ加工が開始されることとなり、以後は、当該転造加工部材４１ｅによる押圧印作用によって、切削加工のような挽き跡やうねり跡を残すことなく、軸受内周面が高精度に仕上げられる。
【００４７】
例えば、切削加工工程後においては、図７に示されているような凹凸状態であった表面が、内面仕上加工工具４１による仕上加工工程を行った後には、図８に示されているような極めて滑らかな鏡面状態となったことが確認された。
【００４８】
特に、本実施形態のように、軸受内面の仕上げ要求精度が高い動圧軸受装置の軸受部材１３の場合においては、上述した転造による内面加工工具４１によって、図９及び図１０に示されているような高精度な径公差、面粗度及び真円度を備えた軸受内周面を安価に得ることが可能となり、良好な軸受特性が容易に得られる。
【００４９】
なお、上述した動圧軸受装置に用いられる軸受部材１３の内面仕上加工工程を、上記実施形態のような転造加工によって行う場合には、溝加工後に通常行われる盛上削除加工工程を不要とすることができる。つまり、ラジアル動圧発生用溝１３ｂの加工工程の後の盛上削除加工工程を省略して、本願発明にかかる内面仕上加工工程を直ちに実行することとしても、軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の内周面は、全く同様にして高精度に仕上げられることとなる。
【００５０】
また、上述した実施形態では、回転芯駒部材４１ｃと、工具軸本体部材４１ａの中央収納部４１ｂとの間に隙間δを形成しておくことによって、回転芯駒部材４１ｃの半径方向および軸傾斜方向への移動が容易かつ確実に行われるようになっている。また同様に、上記回転芯駒部材４１ｃの半径方向および軸傾斜方向への移動は、上述した実施形態のように、転造加工部材４１ｅの転造加工面の軸方向長さＬを出来るだけ長く設定しておくことによって容易かつ確実に行われる。さらにまた同様に、上記回転芯駒部材４１ｃの半径方向および軸傾斜方向への移動は、上述した実施形態のように、回転芯駒部材４１ｃの軸方向支持を、支持球体４１ｄを介して行うことによって容易かつ確実に行われる。
【００５１】
加えて、上述した実施形態では、転造加工部材４１ｅを取替交換可能としていることから、転造加工部材４１ｅによる加工径を容易に変更することが可能となるとともに、長期にわたっての安定使用が可能となる。
【００５２】
このような本願発明にかかる内面仕上加工工具４１を用いた内面仕上加工工程は、上述した実施形態における固定側と回転側とを逆にして行わせることも可能である。すなわち、図１１に示されているように、内面仕上加工工具４１を回転スピンドル側のチャック３３に取り付けておくとともに、固定配置されたワークステージ（ワーク取付部材）５１側のチャック５２に対して軸受素材（ワーク）１３Ａを固定しておくようにした仕上製造装置によっても、同様な内面仕上加工工程を行うことができる。
【００５３】
また、このような本願発明にかかる内面仕上加工工具４１を用いた内面仕上加工工程は、その内面仕上加工の前に行われる切削加工（レース加工）工程を行う装置と同一の装置を用いて行うことも可能である。例えば、図１２に示された櫛歯型精密旋盤においては、通常の切削加工工具６１と、本願発明にかかる内面仕上加工工具４１とが同時チャックされている。さらに、図１３に示されているようなタッピングマシンなどの設備を用いて、テーブル７１に軸受素材（ワーク）１３Ａを固定しておくとともに、回転ヘッド７２に対して、通常の切削加工工具７１と、本願発明にかかる内面仕上加工工具４１とを回転切替可能に取り付けるようにしても、上述した内面仕上加工工具４１の自動調心作用によって、高精度な仕上加工が行われる。
【００５４】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００５５】
例えば、本発明は、上述したハードディスク駆動用（ＨＤＤ）モータ以外の、例えばポリゴンミラー回転用のモータに用いられる動圧軸受装置等に対しても同様に適用することができる。
【００５６】
また、本発明は、上述した実施形態のような動圧軸受装置に限られることはなく、滑り軸受などの一般の軸受部材における仕上げ加工にも同様に適用することが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明にかかる請求項１，２又は７記載のラジアル軸受の製造装置、製造用加工工具及び製造方法は、転造加工部材を有する仕上加工工具を軸受孔内に挿入するにあたって、両者の中心軸線どうしが平行に位置ズレしていたり傾斜角度を有する場合であっても、上記複数の転造加工部材を等速回転させながら軸受孔の内周面に接触させることによって自動調心作用を働かせ、その自動調心作用によって、上記複数の転造加工部材の加工径の中心軸線を前記軸受孔内の中心の中心軸線と自動的かつ高精度に一致させ、その軸線合わせが高精度に行われた状態で上記転造加工部材による押圧印作用によって仕上工程を行わせるように構成したものであるから、切削加工のような挽き跡やうねり跡を残すことなく軸受内周面を高精度に仕上げることができ、高精度な軸受内周面を安価に仕上げることが可能となって軸受装置の軸受特性を向上させつつ低コスト化を実現することができる。
【００５８】
このとき、請求項３記載のラジアル軸受の製造装置および製造用加工工具、又は請求項８記載の製造方法は、回転芯駒部材と工具軸本体部材の収納部との間に隙間δを形成して上記回転芯駒部材を半径方向および軸傾斜方向へ自由移動可能とし、転造加工部材の自動調心作用を容易かつ確実に行わせるようしたものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【００５９】
また、請求項４記載のラジアル軸受の製造装置および製造用加工工具、又は請求項９記載の製造方法は、転造加工部材の転造加工面の軸方向長さＬを長く設定しておくことによって転造加工部材の自動調心作用を容易かつ確実に行わせるようしたものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【００６０】
さらに、請求項５記載のラジアル軸受の製造装置および製造用加工工具、又は請求項１０記載の製造方法は、支持球体を介して回転芯駒部材の軸方向支持を行わせることによって上記回転芯駒部材を半径方向および軸傾斜方向へ自由移動可能とし、転造加工部材の自動調心作用を容易かつ確実に行わせるようしたものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【００６１】
さらにこのとき、請求項６記載のラジアル軸受の製造装置および製造用加工工具、又は請求項１１記載の製造方法は、転造加工部材を取替交換可能として加工径を容易に変更可能とするとともに、長期にわたっての使用を可能としたものであるから、上述した効果に加えて仕上工具の有用性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる仕上加工工具の外観を表した部分断面説明図である。
【図２】図１に示された仕上加工工具の横断面説明図である。
【図３】本発明を適用した動圧軸受部材を備えたＨＤＤ（ハードディスク駆動装置）用モータの構造例を表した縦断面説明図である。
【図４】図３に示された装置に用いられている軸受部材の構造を表した縦断面説明図である。
【図５】図１に示された仕上加工工具を用いた製造装置の一実施形態を表した側面説明図である。
【図６】図１に示された仕上加工工具の自動調心作用を表した部分拡大縦断面説明図である。
【図７】図１に示された仕上加工工具によって仕上げ加工を施す前の表面状態を表した表面拡大図である。
【図８】図１に示された仕上加工工具によって仕上げ加工を施した後における表面状態を表した表面拡大図である。
【図９】図１に示された仕上加工工具によって仕上げ加工を施した後における動圧面の部分断面状態を表した部分断面拡大図である。
【図１０】図１に示された仕上加工工具によって仕上げ加工を施した後における動圧面の断面状態を表した断面説明図である。
【図１１】図１に示された仕上加工工具を用いた製造装置の他の実施形態を表した側面説明図である。
【図１２】図１に示された仕上加工工具を用いた製造装置の更に他の実施形態を表した側面説明図である。
【図１３】図１に示された仕上加工工具を用いた製造装置の更に他の実施形態を表した側面説明図である。
【符号の説明】
１３ 軸受スリーブ（軸受部材）
１３ｂ ラジアル動圧発生用溝
１３Ａ 軸受素材（ワーク）
１３Ａ１ 軸受孔
３１ 工具ステージ（工具取付部材）
３２ 回転スピンドル
３３ チャック
４１ 仕上加工工具
４１ａ 工具軸本体部材
４１ｂ 中央収納室
４１ｃ 回転芯駒部材
４１ｄ 支持球体
４１ｅ 転造加工部材
４１ｇ，４１ｈ 止めリング
δ 隙間
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面を仕上加工するようにしたラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具並びに製造方法に関するものであり、特に、高精度が要求される動圧軸受装置用として好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、各種回転駆動装置には、メタル軸受、焼結軸受、動圧軸受などの種々のラジアル軸受が用いられている。それらのラジアル軸受を製造するにあたっては、軸受孔の内面加工が行われるが、その際、切削加工（レース加工）が通常は採用されていて、まず荒加工によって下孔の孔径が拡大され、その後に仕上加工が行われて、軸受孔の内周面が所望の内径寸法、表面粗さ、及び真円度を備えるように所定の精度に仕上げ加工される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このような切削加工（レース加工）による軸受内面の仕上げ加工では、加工後の挽き跡や、うねり跡が残ってしまうことなどから、内径公差が±２μｍ以下、表面粗さが０．２ＲＡ以下、真円度は０．５μｍ以下の精度に仕上げるのが限度である。特に、動圧軸受装置のような場合に、それ以上の高精度な仕上げ加工を行おうとすると、加工時間が飛躍的に増大してしまう上に、高価な櫛歯型高精密自動旋盤等を用いる必要が出てくるため、生産性が極端に低下してしまうこととなる。また、このような加工上の理由から、上述した各種軸受部材の軸受特性にも実質的な限界点が存在しており、高性能な軸受部材を安価に得ることは非常に困難となっている。
【０００４】
そこで本発明は、高精度な軸受内周面を安価に仕上げることができるようにしたラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具並びに製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載のラジアル軸受の製造装置では、ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面を仕上加工する内面仕上加工工具を備えたラジアル軸受の製造装置において、上記内面仕上加工工具は、前記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材とを備え、上記回転芯駒部材が、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着されている。
【０００６】
また、請求項２記載の軸受部材のラジアル軸受の製造装置では、ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面の仕上加工を行うラジアル軸受の製造加工工具において、上記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材とを備え、上記回転芯駒部材が、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着されている。
【０００７】
さらに、請求項３記載のラジアル軸受の製造装置又は製造用加工工具では、前記請求項１又は請求項２記載の回転芯駒部材の外周面と、前記工具軸本体部材の中空収納部の内周面との間には、上記回転芯駒部材の自由移動を可能とする半径方向隙間δが形成されている。
【０００８】
さらにまた、請求項４記載のラジアル軸受の製造装置又は製造用加工工具では、前記請求項１又は請求項２記載の各転造加工部材における転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄに対して、各転造加工部材における転造加工面の軸方向長さＬが、同一寸法またはそれ以上の寸法に形成されている。
【０００９】
一方、請求項５記載のラジアル軸受の製造装置又は製造用加工工具では、前記請求項１又は請求項２記載の工具軸本体部材における中空収納部の軸方向両端面に対して前記回転芯駒部材の軸方向両端面が、支持球体を介して軸方向に支持されている。
【００１０】
また、請求項６記載のラジアル軸受の製造装置又は製造用加工工具では、前記請求項１記載又は請求項２記載の転造加工部材が、前記工具軸本体部材に対して取替交換可能に装着されている。
【００１１】
さらに、請求項７記載のラジアル軸受の製造方法では、ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面を、所定の仕上加工工具を用いて仕上加工するようにしたラジアル軸受の製造方法において、上記仕上加工工具として、前記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材と、を備えた工具を用いる製造方法であって、上記仕上加工工具の回転芯駒部材を、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着しておき、前記軸受孔の内周面側に上記仕上加工工具を挿入したときに、上記回転芯駒部材を回転させて複数の転造加工部材のそれぞれを等速で回転させることによって、上記工具軸本体部材の中心軸線に対して前記回転芯駒部材を半径方向および軸傾斜方向へ微小移動させ、その回転芯駒部材の微小移動によって、上記複数の転造加工部材を前記軸受孔の中心軸線回りに同芯調整した状態で、前記軸受孔の内周面の仕上加工を行うようにしている。
【００１２】
さらにまた、請求項８記載のラジアル軸受の製造方法では、前記請求項７記載の回転芯駒部材の外周面と、前記工具軸本体部材の中空収納部の内周面との間に、上記回転芯駒部材の自由移動を可能とする半径方向隙間δを形成しておくようにしている。
【００１３】
一方、請求項９記載のラジアル軸受の製造方法では、前記請求項７記載の各転造加工部材における転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄに対して、各転造加工部材における転造加工面の軸方向長さＬを、同一寸法またはそれ以上の寸法に形成しておくようにしている。
【００１４】
また、請求項１０記載のラジアル軸受の製造方法では、前記請求項７記載の工具軸本体部材における中空収納部の軸方向両端面に対して前記回転芯駒部材の軸方向両端面を、支持球体を介して軸方向に支持するようにしている。
【００１５】
さらに、請求項１１記載のラジアル軸受の製造方法では、前記請求項７記載の転造加工部材を、前記工具軸本体部材に対して取替交換可能に装着しておくようにしている。
【００１６】
このような構成を有する本発明にかかる請求項１，２又は７記載のラジアル軸受の製造装置、製造用加工工具及び製造方法によれば、転造加工部材を有する仕上加工工具を軸受孔内に挿入するにあたって、両部材の中心軸線どうしが平行に位置ズレしていたり傾斜角度を有する場合であっても、複数の転造加工部材が回転芯駒部材の回りに互いに等速で回転しながら軸受孔の内周面に接触することとなり、その軸受孔の内周面に対する等圧力に基づいて自動調心作用が働き、その自動調心作用によって上記回転芯駒部材が半径方向および軸傾斜方向へ強制移動されて工具軸本体部材の中心軸線と一致する。その結果、上記複数の転造加工部材の最外周面を結んだ加工径の中心軸線は、前記軸受孔の中心軸線と自動的かつ高精度に一致し、その軸線合わせが高精度に行われた状態で、上記転造加工部材による加工が開始される。以後、当該転造加工部材による押圧印作用によって、切削加工のような挽き跡やうねり跡を残すことなく、軸受内周面が高精度に仕上げられる。
【００１７】
このときの上記回転芯駒部材の半径方向および軸傾斜方向への移動は、請求項３記載のラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具、又は請求項８記載の製造方法のように、回転芯駒部材と工具軸本体部材の収納部との間に隙間δを形成しておくことによって容易かつ確実に行われる。
【００１８】
また、上記回転芯駒部材の半径方向および軸傾斜方向への移動は、請求項４記載のラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具又、は請求項９記載の製造方法のように、転造加工部材の転造加工面の軸方向長さＬを長く設定しておくことによって容易かつ確実に行われる。
【００１９】
さらに、上記回転芯駒部材の半径方向および軸傾斜方向への移動は、請求項５記載のラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具、又は請求項１０記載の製造方法のように、回転芯駒部材を、支持球体を介して軸方向に支持することによって容易かつ確実に行われる。
【００２０】
一方、請求項６記載のラジアル軸受の製造装置及び製造用加工工具、又は請求項１１記載の製造方法のように、転造加工部材を取替交換可能としておけば、転造加工部材による加工径を容易に変更することが可能となるとともに、長期にわたっての安定使用が可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、それに先立って、本発明を適用するハードディスク駆動装置（ＨＤＤ）の全体構造を図面に基づいて説明しておく。
【００２２】
図３に示されている軸回転のＨＤＤ用スピンドルモータの全体は、固定部材としてのステータ組１０と、そのステータ組１０に対して図示上側から組み付けられた回転部材としてのロータ組２０とから構成されている。このうちステータ組１０は、図示を省略した固定基台側にネジ止めされる固定フレーム１１を有している。この固定フレーム１１は、軽量化を図るためにアルミ系金属材料から形成されているが、当該固定フレーム１１の略中央部分に立設するようにして形成された環状の軸受ホルダー１２の内周側には、中空円筒状に形成された固定軸受部材としての軸受スリーブ１３が、圧入又は焼バメによって上記軸受ホルダー１２に接合されている。この軸受スリーブ１３は、小径の孔加工等を容易化するためにリン青銅などの銅系合金材料から形成されている。
【００２３】
また、前記軸受ホルダー１２の外周取付面には、電磁鋼板の積層体からなるステータコア１４が嵌着されている。このステータコア１４に設けられた各突極部には、駆動コイル１５がそれぞれ巻回されている。
【００２４】
さらに、図４にも示されているように、上記軸受スリーブ１３の中心位置に設けられた軸受孔１３ａ内には、上述したロータ組２０を構成する回転軸２１が回転自在に挿入されている。本実施形態における回転軸２１は、所定のステンレス鋼から形成されている。つまり、前記軸受部材としての軸受スリーブ１３の方が、軸部材としての上記回転軸２１よりも、柔軟性を有する材質から形成されている。
【００２５】
そして、上記軸受スリーブ１３における軸受孔１３ａの内周面に形成された動圧面は、上記回転軸２１の外周面に形成された動圧面に対して半径方向に対面するように配置されており、その微小な軸受隙間の部分にラジアル動圧軸受部ＲＢが構成されている。より詳細には、上記ラジアル動圧軸受部ＲＢにおける軸受スリーブ１３側の動圧面と、回転軸２１側の動圧面とは、数μｍの微少隙間を介して周状に対向配置されており、その微少隙間からなる軸受空間内に、所定の潤滑流体が軸方向に連続するように注入されている。
【００２６】
さらに、上記軸受スリーブ１３及び回転軸２１の両動圧面の少なくとも一方側には、例えばへリングボーン形状のラジアル動圧発生用溝１３ｂ，１３ｂが、軸方向に２ブロックに分けられて環状に凹設されており、回転時に、当該ラジアル動圧発生用溝１３ｂのポンピング作用により上記潤滑流体が加圧されて動圧を生じ、その潤滑流体の動圧によって、前記回転軸２１とともに後述する回転ハブ２２がラジアル方向に軸支持される構成になされている。
【００２７】
一方、上記各ラジアル動圧軸受部ＲＢを構成している軸受空間の図示上端部分に、毛細管シール部ＲＳが配置されている。この毛細管シール部ＲＳは、上記回転軸２１又は軸受スリーブ１３側に形成された傾斜面によって、上述した軸受隙間を軸受外方側に向かって徐々に拡大した構成からなるものであって、例えば２０μｍから３００μｍの隙間寸法に形成されている。この毛細管シール部ＲＳ中には、モータの回転・停止のいずれの場合においても、潤滑流体の液面が位置する構成になされている。
【００２８】
さらに、上記回転軸２１とともにロータ組２０を構成している回転ハブ２２は、図示を省略した磁気ディスク等の記録媒体を搭載するように、アルミ系金属からなる略カップ状部材からなり、当該回転ハブ２２の中心部分に設けられた接合穴２２ｄが、上記回転軸２１の図示上端部分に対して、圧入又は焼嵌めによって一体的に接合されている。
【００２９】
上記回転ハブ２２は、記録媒体ディスクを外周部に搭載する略円筒状の胴部２２ａを有しているとともに、この胴部２２ａの図示下側の内周壁面側に、バックヨーク２２ｂを介して環状駆動マグネット２２ｃが取り付けられている。この環状駆動マグネット２２ｃは、前述したステータコア１４の外周側端面に対して環状に対向するように近接配置されている。
【００３０】
一方、前記回転軸２１の図示下端側の先端部分には、円盤状のスラストプレート２３が固着されている。このスラストプレート２３は、上述した軸受スリーブ１３の図示下端側の中心部分に凹設された円筒状の窪み部内に収容されるようにして配置されていて、その軸受スリーブ１３の窪み部内において、当該スラストプレート２３の図示上側面に設けられた動圧面が、軸受スリーブ１３に設けられた動圧面に対して、軸方向に近接するように対向配置されている。そして、それらの両対向動圧面のうち少なくとも一方側に、適宜の形状を有する動圧発生溝が形成されていて、それらスラストプレート２３及び軸受スリーブ１３の両動圧面どうしの対向隙間部分に、上側のスラスト動圧軸受部ＳＢａが形成されている。
【００３１】
さらにまた、上記スラストプレート２３の図示下側の動圧面に近接するようにして、比較的大径の円盤状部材からなるカウンタープレート１６が配置されている。このカウンタープレート１６は、上記軸受スリーブ１３の下端側開口部分を閉塞するように固着されたものであって、当該カウンタープレート１６の図示上面側に設けられた動圧面と、上述したスラストプレート２３の図示下側の動圧面との間の近接対向隙間部分にも、適宜の形状を有する動圧発生溝が形成されていることによって、下側のスラスト動圧軸受部ＳＢｂが形成されている。
【００３２】
上述したように軸方向に隣接して配置された一組のスラスト動圧軸受部ＳＢａ，ＳＢｂを構成しているスラストプレート２３側の両動圧面と、それに対向する軸受スリーブ１３及びカウンタープレート１６側の両動圧面とは、それぞれ数μｍの微少隙間を介して軸方向に対向配置されているとともに、その微少隙間からなる軸受空間内に、後述する組成を有する潤滑流体が、前記スラストプレート２３の外周側通路を介して軸方向に連続するように注入されている。
【００３３】
さらに、上記スラストプレート２３の動圧面と、軸受スリーブ１３及びカウンタープレート１６の動圧面との少なくとも一方側には、図示を省略したへリングボーン形状のスラスト動圧発生用溝が、半径方向に２ブロックに分けられて環状に凹設されており、回転時に、当該スラスト動圧発生用溝のポンピング作用によって上記潤滑流体が加圧されて動圧を生じ、その潤滑流体の動圧によって、上述した回転軸２１及び回転ハブ２２が、スラスト方向に軸支持される構成になされている。
【００３４】
このような構成を有するＨＤＤ用スピンドルモータに軸受部材として用いられている軸受スリーブ１３における軸受孔１３ａの内周面の仕上加工は、図５に示されているような本願発明にかかる内面仕上加工工具４１を用いた仕上加工装置により行われる。すなわち、本願発明にかかる内面仕上加工工具４１は、略水平状態に固定配置された工具ステージ（工具取付部材）３１に対して略鉛直上方に突出するように取り付けられているとともに、その内面仕上加工工具４１の直上位置に、当該内面仕上加工工具４１に対向するようにして回転スピンドル３２が鉛直方向に延在するように配置されている。その回転スピンドル３２の下端部分にはチャック３３が設けられており、前述した軸受スリーブ１３の軸受素材（ワーク）１３Ａが、上記チャック３３に取り付けられて同軸上に把持されている。上記回転スピンドル３２は、軸受素材（ワーク）１３Ａを回転させながら上下方向に往復移動する構成になされており、下降したときに、上記軸受素材（ワーク）１３Ａ内に上述した内面仕上加工工具４１が挿入されることによって、軸受孔１３Ａ１の内面仕上加工が行われるようになっている。
【００３５】
このような軸受孔の内面仕上加工を行う前段階においては、切削加工（レース加工）工程が施され、その後に上述したような内面仕上加工工程が行われる。その前段階加工の概略を説明しておくと、まず、前記軸受スリーブ１３の軸受素材１３Ａに下孔を開けておき、第１の荒加工によって上記下孔の孔径を切削工具により拡大させる。ついで、第２の荒加工工程において同じ切削工具を用いることにより油溝等を加工しつつ上記下孔の孔径を更に拡大する。さらに、切削工具からボール転造工具に切り替えて溝加工工程を行い、前述したラジアル動圧発生用溝１３ｂの加工を行った後、次の盛上削除加工工程において、上述したラジアル動圧発生用溝１３ｂの加工時に軸受孔１３Ａ１に生じた盛り上がり部分を削除する。なお、加工すべき軸受部材が、上述したラジアル動圧発生用溝１３ｂを有する動圧軸受部材ではなく、単なる滑り軸受として構成される場合には、上述した溝加工工程及び盛上削除加工工程は行われない。
【００３６】
次に、本発明の特徴である内面仕上加工工程に移行して、上述した軸受素材１３Ａの軸受孔１３Ａ１が、最終の仕上げ精度となるように加工される。この内面仕上加工工程は、前述した図５のような本願発明にかかる内面仕上加工工具４１を備えた仕上加工装置により実行されるが、本願発明の内面仕上加工工具４１の実施形態を次に説明する。
【００３７】
上記内面仕上加工工具４１は、前記軸受孔１３Ａ１の軸方向長さに対応した長さを備えていて、特に図１及び図２に示されているように、前述した工具ステージ３１（図５参照）側に固定される細長状の工具軸本体部材４１ａを有している。この工具軸本体部材４１ａは、前記工具ステージ３１側から鉛直上方に向かって突出する断面円形状の円筒状部材からなり、当該工具軸本体部材４１ａの軸方向途中部分の内部側には、軸方向に沿って延在する中空円筒状の中央収納室４１ｂが形成されていて、その中央収納室４１ｂ内に、断面中実円形状の回転芯駒部材４１ｃが回転可能に装着されている。
【００３８】
上記回転芯駒部材４１ｃの外径寸法は、当該回転芯駒部材４１ｃの外周面と、前記中央収納室４１ｂの内周面との間に、半径方向の隙間δを形成する寸法に設定されており、その半径方向隙間δ分だけ、上記回転芯駒部材４１ｃが半径方向に自由移動可能、かつ軸方向に対して傾斜することができるようにフローティング構造が形成されている。
【００３９】
また、上記回転芯駒部材４１ｃの軸方向両端面と、前記工具軸本体部材４１ａの中央収納室４１ｂの軸方向両端面との間部分には、支持球体４１ｄ，４１ｄがそれぞれ介在されていて、当該各支持球体４１ｄに対して上記回転芯駒部材４１ｃの軸方向両端面が点接触されることによって、上記回転芯駒部材４１ｃが、中心軸線の回りに自由回転可能な状態で軸方向に支持されるようになっている。このとき、上述した半径方向隙間δに加えて、上記回転芯駒部材４１ｃと両支持球体４１ｄとの間にも微少隙間が形成されており、その微少隙間分だけ、上述した回転芯駒部材４１ｃの傾斜移動が許容される構成になされている。
【００４０】
一方、上記回転芯駒部材４１ｃの外周面に対しては、４つの転造加工部材４１ｅが転動可能に当接・配置されている。これらの各転造加工部材４１ｅ外周面には、前述した軸受孔１３Ａ１の内周面に圧接する断面円形の転造加工面が設けられており、上記回転芯駒部材４１ｃが回転駆動されたときに、その回転芯駒部材４１ｃに当接する４つの転造加工部材４１ｅが互いに等速で回転しながら、各転造加工部材４１ｅにおける転造加工面が、前記軸受孔１３Ａ１の内周面上に圧接しつつ転動していく構成になされている。そして、そのときの各転造加工部材４１ｅにおける転造加工面の押圧印作用（図２中のＱ２・μ２参照）によって、上記軸受孔１３Ａ１の内周面の仕上加工が行われるようになっている。
【００４１】
このとき、上記各転造加工部材４１ｅにおける転造加工面の剪断力Ｑ２による押圧印作用力Ｑ２・μ２は、転造加工部材４１ｅの半径方向押圧力Ｑ１よりも充分に小さくなるように設定されており（Ｑ２・μ２≪Ｑ１）、それによって、上述したフローティング構造が確実に得られるようになっている。
【００４２】
一方、上記各転造加工部材４１ｅの軸方向両端部分は、略円錐形状の傾斜面部４１ｆにそれぞれ形成されており、それらの各傾斜面部４１ｆの外側露出部分を覆うようにして一対の止めリング４１ｇ，４１ｈが、上記工具軸本体部材４１ａに対して着脱可能に装着されている。すなわち、これら一対の止めリング４１ｇ，４１ｈは、上記各転造加工部材４１ｅの傾斜面部４１ｆを、傾斜面４１ｇｇ，４１ｈｈによって外側から保持することにより、上記各転造加工部材４１ｅの脱落を防止する機能を備えている。従って、これらの止めリング４１ｇ，４１ｈを工具軸本体部材４１ａから取り外すことによって、上述した各転造加工部材４１ｅの交換・脱着が行われるように構成されている。
【００４３】
また、上記一対の止めリング４１ｇ，４１ｈのうちの工具先端側に配置された止めリング４１ｈは、先端側部分（図１の右端側部分）が尖塔形状を備えるように形成されており、上述した軸受孔１３Ａ１の内部側に向かって容易に挿入されるようになされている。
【００４４】
このとき、前記各転造加工部材４１ｅにおける転造加工面の軸方向長さＬは、これら４つの転造加工部材４１ｅにおる各転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄと同一またはそれ以上の寸法に形成されており、そのように転造加工面の軸方向長さＬをなるべく長く設定することによって、前述した各転造加工部材４１ｅの等速回転運動が、軸受孔１３Ａ１の内周面側に良好に伝達されて、後述する自動調心作用が確実に得られるようになっている。
【００４５】
このような構成を有する実施形態にかかる内面仕上加工工具４１を用いて、前述した軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１（図５参照）の内面仕上加工工程を行うにあたっては、上記軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１内に内面仕上加工工具４１が挿入されることとなるが、その内面仕上加工工具４１を軸受孔１３Ａ１内に挿入するにあたって、図６に示されているように、両者の中心軸線どうしが平行に位置ズレしていたり傾斜角度を有する場合であっても、次のような自動調心作用によって、軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の中心軸線に対して内面仕上加工工具４１の中心軸線が容易かつ確実に位置合わせされる。
【００４６】
すなわち、上記内面仕上加工工具４１が回転駆動されると、４つの転造加工部材４１ｅが回転芯駒部材４１ｃの回りに互いに等速回転しながら軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の内周面に接触することとなり、その下孔１３Ａ１の内周面に対する等速回転と等圧力により自動調心作用が働く。そして、その自動調心作用によって、上記回転芯駒部材４１ｃの中心軸線が、前記軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の中心軸線と一致するように半径方向および軸傾斜方向へ強制移動され、その結果、上記４つの転造加工部材４１ｅにおける各転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄの中心軸線が、前記軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の中心軸線と自動的かつ高精度に一致することとなる。このように中心軸線の位置合わせが高精度に行われた状態で、上記転造加工部材４１ｅによる仕上げ加工が開始されることとなり、以後は、当該転造加工部材４１ｅによる押圧印作用によって、切削加工のような挽き跡やうねり跡を残すことなく、軸受内周面が高精度に仕上げられる。
【００４７】
例えば、切削加工工程後においては、図７に示されているような凹凸状態であった表面が、内面仕上加工工具４１による仕上加工工程を行った後には、図８に示されているような極めて滑らかな鏡面状態となったことが確認された。
【００４８】
特に、本実施形態のように、軸受内面の仕上げ要求精度が高い動圧軸受装置の軸受部材１３の場合においては、上述した転造による内面加工工具４１によって、図９及び図１０に示されているような高精度な径公差、面粗度及び真円度を備えた軸受内周面を安価に得ることが可能となり、良好な軸受特性が容易に得られる。
【００４９】
なお、上述した動圧軸受装置に用いられる軸受部材１３の内面仕上加工工程を、上記実施形態のような転造加工によって行う場合には、溝加工後に通常行われる盛上削除加工工程を不要とすることができる。つまり、ラジアル動圧発生用溝１３ｂの加工工程の後の盛上削除加工工程を省略して、本願発明にかかる内面仕上加工工程を直ちに実行することとしても、軸受素材１３Ａの下孔１３Ａ１の内周面は、全く同様にして高精度に仕上げられることとなる。
【００５０】
また、上述した実施形態では、回転芯駒部材４１ｃと、工具軸本体部材４１ａの中央収納部４１ｂとの間に隙間δを形成しておくことによって、回転芯駒部材４１ｃの半径方向および軸傾斜方向への移動が容易かつ確実に行われるようになっている。また同様に、上記回転芯駒部材４１ｃの半径方向および軸傾斜方向への移動は、上述した実施形態のように、転造加工部材４１ｅの転造加工面の軸方向長さＬを出来るだけ長く設定しておくことによって容易かつ確実に行われる。さらにまた同様に、上記回転芯駒部材４１ｃの半径方向および軸傾斜方向への移動は、上述した実施形態のように、回転芯駒部材４１ｃの軸方向支持を、支持球体４１ｄを介して行うことによって容易かつ確実に行われる。
【００５１】
加えて、上述した実施形態では、転造加工部材４１ｅを取替交換可能としていることから、転造加工部材４１ｅによる加工径を容易に変更することが可能となるとともに、長期にわたっての安定使用が可能となる。
【００５２】
このような本願発明にかかる内面仕上加工工具４１を用いた内面仕上加工工程は、上述した実施形態における固定側と回転側とを逆にして行わせることも可能である。すなわち、図１１に示されているように、内面仕上加工工具４１を回転スピンドル側のチャック３３に取り付けておくとともに、固定配置されたワークステージ（ワーク取付部材）５１側のチャック５２に対して軸受素材（ワーク）１３Ａを固定しておくようにした仕上製造装置によっても、同様な内面仕上加工工程を行うことができる。
【００５３】
また、このような本願発明にかかる内面仕上加工工具４１を用いた内面仕上加工工程は、その内面仕上加工の前に行われる切削加工（レース加工）工程を行う装置と同一の装置を用いて行うことも可能である。例えば、図１２に示された櫛歯型精密旋盤においては、通常の切削加工工具６１と、本願発明にかかる内面仕上加工工具４１とが同時チャックされている。さらに、図１３に示されているようなタッピングマシンなどの設備を用いて、テーブル７１に軸受素材（ワーク）１３Ａを固定しておくとともに、回転ヘッド７２に対して、通常の切削加工工具７１と、本願発明にかかる内面仕上加工工具４１とを回転切替可能に取り付けるようにしても、上述した内面仕上加工工具４１の自動調心作用によって、高精度な仕上加工が行われる。
【００５４】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００５５】
例えば、本発明は、上述したハードディスク駆動用（ＨＤＤ）モータ以外の、例えばポリゴンミラー回転用のモータに用いられる動圧軸受装置等に対しても同様に適用することができる。
【００５６】
また、本発明は、上述した実施形態のような動圧軸受装置に限られることはなく、滑り軸受などの一般の軸受部材における仕上げ加工にも同様に適用することが可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように本発明にかかる請求項１，２又は７記載のラジアル軸受の製造装置、製造用加工工具及び製造方法は、転造加工部材を有する仕上加工工具を軸受孔内に挿入するにあたって、両者の中心軸線どうしが平行に位置ズレしていたり傾斜角度を有する場合であっても、上記複数の転造加工部材を等速回転させながら軸受孔の内周面に接触させることによって自動調心作用を働かせ、その自動調心作用によって、上記複数の転造加工部材の加工径の中心軸線を前記軸受孔内の中心の中心軸線と自動的かつ高精度に一致させ、その軸線合わせが高精度に行われた状態で上記転造加工部材による押圧印作用によって仕上工程を行わせるように構成したものであるから、切削加工のような挽き跡やうねり跡を残すことなく軸受内周面を高精度に仕上げることができ、高精度な軸受内周面を安価に仕上げることが可能となって軸受装置の軸受特性を向上させつつ低コスト化を実現することができる。
【００５８】
このとき、請求項３記載のラジアル軸受の製造装置および製造用加工工具、又は請求項８記載の製造方法は、回転芯駒部材と工具軸本体部材の収納部との間に隙間δを形成して上記回転芯駒部材を半径方向および軸傾斜方向へ自由移動可能とし、転造加工部材の自動調心作用を容易かつ確実に行わせるようしたものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【００５９】
また、請求項４記載のラジアル軸受の製造装置および製造用加工工具、又は請求項９記載の製造方法は、転造加工部材の転造加工面の軸方向長さＬを長く設定しておくことによって転造加工部材の自動調心作用を容易かつ確実に行わせるようしたものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【００６０】
さらに、請求項５記載のラジアル軸受の製造装置および製造用加工工具、又は請求項１０記載の製造方法は、支持球体を介して回転芯駒部材の軸方向支持を行わせることによって上記回転芯駒部材を半径方向および軸傾斜方向へ自由移動可能とし、転造加工部材の自動調心作用を容易かつ確実に行わせるようしたものであるから、上述した効果を更に高めることができる。
【００６１】
さらにこのとき、請求項６記載のラジアル軸受の製造装置および製造用加工工具、又は請求項１１記載の製造方法は、転造加工部材を取替交換可能として加工径を容易に変更可能とするとともに、長期にわたっての使用を可能としたものであるから、上述した効果に加えて仕上工具の有用性を更に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる仕上加工工具の外観を表した部分断面説明図である。
【図２】図１に示された仕上加工工具の横断面説明図である。
【図３】本発明を適用した動圧軸受部材を備えたＨＤＤ（ハードディスク駆動装置）用モータの構造例を表した縦断面説明図である。
【図４】図３に示された装置に用いられている軸受部材の構造を表した縦断面説明図である。
【図５】図１に示された仕上加工工具を用いた製造装置の一実施形態を表した側面説明図である。
【図６】図１に示された仕上加工工具の自動調心作用を表した部分拡大縦断面説明図である。
【図７】図１に示された仕上加工工具によって仕上げ加工を施す前の表面状態を表した表面拡大図である。
【図８】図１に示された仕上加工工具によって仕上げ加工を施した後における表面状態を表した表面拡大図である。
【図９】図１に示された仕上加工工具によって仕上げ加工を施した後における動圧面の部分断面状態を表した部分断面拡大図である。
【図１０】図１に示された仕上加工工具によって仕上げ加工を施した後における動圧面の断面状態を表した断面説明図である。
【図１１】図１に示された仕上加工工具を用いた製造装置の他の実施形態を表した側面説明図である。
【図１２】図１に示された仕上加工工具を用いた製造装置の更に他の実施形態を表した側面説明図である。
【図１３】図１に示された仕上加工工具を用いた製造装置の更に他の実施形態を表した側面説明図である。
【符号の説明】
１３ 軸受スリーブ（軸受部材）
１３ｂ ラジアル動圧発生用溝
１３Ａ 軸受素材（ワーク）
１３Ａ１ 軸受孔
３１ 工具ステージ（工具取付部材）
３２ 回転スピンドル
３３ チャック
４１ 仕上加工工具
４１ａ 工具軸本体部材
４１ｂ 中央収納室
４１ｃ 回転芯駒部材
４１ｄ 支持球体
４１ｅ 転造加工部材
４１ｇ，４１ｈ 止めリング
δ 隙間
Claims (11)
- ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面を仕上加工する内面仕上加工工具を備えたラジアル軸受の製造装置において、
上記内面仕上加工工具は、前記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材と、を備え、
上記回転芯駒部材が、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着されていることを特徴とするラジアル軸受の製造装置。 - ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面の仕上加工を行うラジアル軸受の製造加工工具において、
上記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材と、を備え、
上記回転芯駒部材が、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着されていることを特徴とするラジアル軸受の製造用加工工具。 - 前記回転芯駒部材の外周面と、前記工具軸本体部材の中空収納部の内周面との間には、上記回転芯駒部材の自由移動を可能とする半径方向隙間δが形成されていることを特徴とする請求項１記載のラジアル軸受の製造装置、又は請求項２記載のラジアル軸受の製造用加工工具。
- 前記各転造加工部材における転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄに対して、各転造加工部材における転造加工面の軸方向長さＬが、同一寸法またはそれ以上の寸法に形成されていることを特徴とする請求項１記載のラジアル軸受の製造装置、又は請求項２記載のラジアル軸受の製造用加工工具。
- 前記工具軸本体部材における中空収納部の軸方向両端面に対して前記回転芯駒部材の軸方向両端面が、支持球体を介して軸方向に支持されていることを特徴とする請求項１記載のラジアル軸受の製造装置、又は請求項２記載のラジアル軸受の製造用加工工具。
- 前記転造加工部材が、前記工具軸本体部材に対して取替交換可能に装着されていることを特徴とする請求項１記載のラジアル軸受の製造装置、又は請求項２記載のラジアル軸受の製造用加工工具。
- ラジアル軸受に設けた軸受孔の内周面を、所定の仕上加工工具を用いて仕上加工するようにしたラジアル軸受の製造方法において、
上記仕上加工工具として、前記軸受孔の軸方向長さに対応した長さを有する工具軸本体部材と、この工具軸本体部材の内部側に設けた中空収納部内に該工具軸本体部材の中心軸線回りに回転可能に装着された断面円形の回転芯駒部材と、その回転芯駒部材の外周面に対して転動可能に当接しつつ前記軸受孔の内周面に圧接する断面円形の転造加工面を有する複数の転造加工部材と、を備えた工具を用いる製造方法であって、
上記仕上加工工具の回転芯駒部材を、前記工具軸本体部材の中心軸線に対して半径方向および軸傾斜方向に向かって自由移動可能に装着しておき、
前記軸受孔の内周面側に上記仕上加工工具を挿入したときに、上記回転芯駒部材を回転させて複数の転造加工部材のそれぞれを等速で回転させることによって、上記工具軸本体部材の中心軸線に対して前記回転芯駒部材を半径方向および軸傾斜方向へ微小移動させ、
その回転芯駒部材の微小移動によって、上記複数の転造加工部材を前記軸受孔の中心軸線回りに同芯調整した状態で、前記軸受孔の内周面の仕上加工を行うようにしたことを特徴とするラジアル軸受の製造方法。 - 前記回転芯駒部材の外周面と、前記工具軸本体部材の中空収納部の内周面との間に、上記回転芯駒部材の自由移動を可能とする半径方向隙間δを形成しておくようにしたことを特徴とする請求項７記載のラジアル軸受の製造方法。
- 前記各転造加工部材における転造加工面の最外周面どうしを結んだ加工径Ｄに対して、各転造加工部材における転造加工面の軸方向長さＬを、同一寸法またはそれ以上の寸法に形成しておくようにしたことを特徴とする請求項７記載のラジアル軸受の製造方法。
- 前記工具軸本体部材における中空収納部の軸方向両端面に対して前記回転芯駒部材の軸方向両端面を、支持球体を介して軸方向に支持するようにしておくことを特徴とする請求項７記載のラジアル軸受の製造方法。
- 前記転造加工部材を、前記工具軸本体部材に対して取替交換可能に装着しておくようにしたことを特徴とする請求項７記載のラジアル軸受の製造方法。
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