JP4145744B2 - 金属波板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湾曲部および接続部が交互に形成された金属板を、その湾曲部が径方向外向きに突出するように全体として弧状に湾曲させた金属波板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転するジャーナルの外周を環状の空隙を存して囲む静止保持部材と、前記空隙に配置されてジャーナルを支持するフォイルアセンブリとを備えたフォイル式流体軸受が、下記特許文献１により公知である。このフォイル式流体軸受のフォイルアセンブリは、半径方向内側に配置された環状のトップフォイルと、半径方向中間に配置された環状のミッドフォイルと、半径方向外側に配置された複数の波板状のバンプフォイルとから構成されている。
【０００３】
またフォイル式流体軸受の波板状のバンプフォイルをプレス成形するための方法および装置が、下記特許文献２により公知である。
【０００４】
またプレス成形した製品のスプリングバックによる変形を矯正するために、製品の曲げ部の凸部側外面にショットブラストを施すものが、下記特許文献３により公知である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３７２０４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−３３１３１１号公報
【特許文献３】
特開平７−１５５８４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献２に記載されているように、帯状の金属板に所定間隔で部分円筒状の溝をプレス加工して金属波板（フォイル式流体軸受のバンプフォイル）を製造する場合、プレス加工後のスプリングバックでバンプフォイルが所望の方向と逆方向に円弧状に湾曲してしまう問題があった。そこで従来は、逆方向に湾曲したバンプフォイルを手で正常な湾曲方向に修正していたが、その作業が面倒で多くの労力を要するだけでなく、バンプフォイルを手作業で正しい形状に修正することは極めて困難であり、更にバンプフォイルに残留歪みが残り、歪みの解放に伴って逆方向に湾曲した元の形状に変形する恐れがあり、それらの形状の誤差によりフォイル式流体軸受の性能が低下する可能性があった。
【０００７】
またスプリングバックによるバンプフォイルの変形を矯正するために、上記特許文献３に記載されたショットブラストを採用すると、表面に細かい凹凸が生じてバンプフォイルとして使用できなくなってしまう問題がある。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、プレス成形した金属波板のスプリングバックによる変形を、その金属波板を傷付けずに矯正することを目的とする。
【０００９】
【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に記載された発明によれば、湾曲部および接続部が交互に形成された金属板を、その湾曲部が径方向外向きに突出するように全体として弧状に湾曲させた金属波板の製造方法であって、金属板に湾曲部および接続部をプレス成形する工程と、スプリングバックにより前記湾曲方向と逆方向に湾曲した金属板を前記湾曲方向に湾曲した金型に挟持する工程と、金型に挟持した金属板を溶体化処理する工程とを含むことを特徴とする金属波板の製造方法が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、湾曲部および接続部が交互に形成された金属板をプレス成形し、スプリングバックにより逆方向に湾曲した金属板を金型に挟持して溶体化処理することにより、金属板を本来の方向に湾曲した正しい形状に残留歪みを残さないで矯正することができ、しかも金属板の表面を傷付けることもない。
【００１１】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、金属板は、フォイル式流体軸受の環状の静止保持部材の内周面に湾曲部が接するように配置されたバンプフォイルであることを特徴とする金属波板の製造方法が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、プレス成形後のスプリングバックで変形した金属板を金型を用いた溶体化処理で矯正した後に、フォイル式流体軸受のバンプフォイルとして用いるので、残留歪みが解放するのに伴ってバンプフォイルが逆方向に湾曲した元の形状に戻ることがなく、バンプフォイルの精度を高めてフォイル式流体軸受の性能を高めることができる。
【００１３】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、バンプフォイルの一方の端部に静止保持部材の内周面と同じ曲率半径の固定部を設け、この固定部を静止保持部材の内周面に溶接したことを特徴とする金属波板の製造方法が提案される。
【００１４】
上記構成によれば、バンプフォイルの一方の端部に設けられた静止保持部材の内周面と同じ曲率半径の固定部を該静止保持部材の内周面に溶接するので、前記固定部における溶接位置に若干のずれがあっても、バンプフォイルの湾曲部を静止保持部材の内周面に隙間なく接触させることができる。
【００１５】
尚、実施例のバンプフォイル１６は本発明の金属板に対応する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１７】
図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１はフォイル式流体軸受の縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３はバンプフォイルの熱処理用金型の平面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図４の５部拡大図、図６はバンプフォイルの熱処理用金型の作用説明図、図７はミッドフォイルの熱処理用治具の縦断面図、図８は内径測定治具の縦断面図、図９は図８の９−９線断面図である。
【００１８】
図１および図２に示すように、円形断面のジャーナル１１を回転自在に支持するフォイル式流体軸受Ｂは、ジャーナル１１の外周を囲むように回転不能に固定された円筒状の静止保持部材１２と、静止保持部材１２の内周面およびジャーナル１１の外周面間に形成された環状の空隙に配置されるフォイルアセンブリ１３とから構成される。フォイルアセンブリ１３は、半径方向内側に配置された１枚のトップフォイル１４と、その外側に配置された３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃと、その外側に円周方向に離間して配置された７個のバンプフォイル１６…とから構成される。トップフォイル１４、ミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃおよびバンプフォイル１６…は、厚さが０．１ｍｍ程度の金属薄板で構成される。
【００１９】
トップフォイル１４は平坦なシートを略３６０°の中心角を有する環状に湾曲させたもので、その一端の固定部１４ａが静止保持部材１２の内周面の上部（重力の方向に対して）に溶接Ｗ１される。各々のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは平坦なシートを略３６０°の中心角を有する環状に湾曲させたもので、３枚重ねにされて予め一体に溶接Ｗ２，Ｗ２されたミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの一端の固定部１５ａ…が、静止保持部材１２の内周面に前記溶接部Ｗ１に隣接するように溶接Ｗ３される。トップフォイル１４は溶接Ｗ１された一端部から他端部に向けて時計方向に巻かれており、３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは溶接Ｗ３された一端部から他端部に向けて反時計方向に巻かれている。そしてトップフォイル１４の外周面および最内層のミッドフォイル１５Ａの内周面は円周方向に摺動自在に接触する。
【００２０】
７個のバンプフォイル１６…は、それらの一端の固定部１６ａ…が静止保持部材１２の内周面に溶接Ｗ４…される。各々のバンプフォイル１６は、半径方向外側に向けて突出する５個の湾曲部１６ｂ…と、それらの湾曲部１６ｂ…に対して交互に配置される６個の接続部１６ｃ…とが連続する波板状の部材である。部分円筒状の湾曲部１６ｂ…の頂点は静止保持部材１２の内周面に円周方向に摺動自在に接触し、静止保持部材１２と中心Ｏｂを共有する円弧状の接続部１６ｃ…は最外層のミッドフォイル１５Ｃの外周面に円周方向に摺動自在に接触する。
【００２１】
トップフォイル１４、ミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃおよびバンプフォイル１６…には、耐熱Ｎｉ合金等の硬度が高く耐熱性に優れた材料が使用される。
【００２２】
トップフォイル１４の内周面、つまりジャーナル１１に対向する面には、優れた潤滑特性（低摩擦係数、表面平滑性、高摩耗寿命）を有するＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）がコーティングされており、ジャーナル１１が回転を開始してトップフォイル１４の内周面との間に安定した流体膜層が形成されるまでの間、その摺動面に焼きつき等の異常が発生するのを防止している。尚、トップフォイル１４の内周面だけでなく、それに対向するジャーナル１１の外周面にもＤＬＣあるいはＰＴＦＥのコーティングを施すことにより、更に優れた潤滑特性を得ることができる。
【００２３】
また最内層のミッドフォイル１５Ａに対向するトップフォイル１４の外周面と、３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの内周面および外周面と、バンプフォイル１６…の湾曲部１６ｂ…および接続部１６ｃ…と、静止保持部材１２の内周面とには、例えば銅よりなる金属コーティングが施されており、これにより摺動面の摩擦係数を増加させてジャーナル１１の変位に対抗する大きな摩擦減衰力を発生させることができる。
【００２４】
フォイルアセンブリ１３の内部空間、つまり円筒状のトップフォイル１４の内部空間にジャーナル１１が僅かな隙間を存して回転自在に支持される。前記隙間は平均して２０μｍ程度であるが、図では誇張して示されている。重力により下向きの荷重Ｗを受けるジャーナル１１が、その中心Ｏｓを静止保持部材１２の中心Ｏｂから距離εだけ偏心させた平衡位置で矢印Ｒ方向（反時計方向）に回転すると、トップフォイル１４との間に介在する空気がジャーナル１１に引きずられて該ジャーナル１１の下方の楔状空間に押し込まれて正圧が発生し、逆にジャーナル１１の上方の楔状空間に負圧が発生する。そして前記空気力と荷重Ｗとが釣り合う前記平衡位置においてジャーナル１１はフォイルアセンブリ１３の内部に非接触状態で支持される。
【００２５】
外力の作用や空気力の変動でジャーナル１１が平衡位置から半径方向外側に変位すると、空気膜層を介してジャーナル１１に押圧されたフォイルアセンブリ１３が変形し、その際に発生する摺動面の摩擦抵抗によりジャーナル１１の移動を阻止する復元力が発生する。そして前記フォイルアセンブリ１３による復元力でジャーナル１１は平衡位置に安定して保持される。
【００２６】
ところで、バンプフォイル１６…は平坦な金属板に湾曲部１６ｂ…を所定間隔でプレス加工して製造されるが、図６（Ａ）に示すプレス加工後の形状は、スプリングバックにより、図６（Ｄ）に示す最終的な形状に対して逆方向に湾曲してしまう。即ち、最終的な形状はバンプフォイル１６…の全体的な湾曲方向に対して湾曲部１６ｂ…が外向きに突出しているが（図６（Ｄ）参照）、プレス加工後の形状はバンプフォイル１６…の全体的な湾曲方向に対して湾曲部１６ｂ…が内向きに突出している（図６（Ａ）参照）。そこで、スプリングバックにより変形したプレス加工後のバンプフォイル１６…を、金型２１を用いて正しい形状に矯正する。
【００２７】
図３〜図５に示すように、略長方形の金型２１は下型２２および上型２３からなり、下型２２および上型２３は対角位置に２本のノックピン２４，２４を備えるとともに、長手方向両端位置に下型２２および上型２３を締め付ける２本の締め付けボルト２５，２５を備える。また金型２１の中央部には、上型２３だけに螺合して下型２２の上面に当接する１本のスペーサボルト２６が設けられる。そして下型２２および上型２３間に、２列に配置した１６個のバンプフォイル１６…を同時に挟持することができる。
【００２８】
しかして、２本の締め付けボルト２５，２５を緩めた状態で、図５（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、スペーサボルト２６をねじ込むと下型２２に対して上型２３が離間して隙間が形成されるため、その隙間に金型２１の両側縁からバンプフォイル１６…を正常な方向に湾曲させながら挿入する。続いて、図５（Ｂ）および図６（Ｃ）に示すように、スペーサボルト２６を緩めた後に、２本の締め付けボルト２５，２５を締め付けて下型２２および上型２３間に１６個のバンプフォイル１６…を挟持する。
【００２９】
続いてバンプフォイル１６…を金型２１ごと炉内に挿入し、所定の温度に加熱して合金元素を固溶させた後に急冷する溶体化処理（固溶化熱処理）を行い、プレス成形後のスプリングバックで変形したバンプフォイル１６…を最終的な形状に矯正する。このとき、熱処理により歪みを解放させながら最終的な形状を出すため、残留歪みは残らない。以上の熱処理を終えたバンプフォイル１６…の形状は、図６（Ｄ）に示す最終形状に極めて精度良く一致しており、しかもショットブラストを行うとバンプフォイル１６…の表面に傷が生じるが、上記熱処理を採用したことにより残留歪みが残ることもなく、かつバンプフォイル１６…の表面に傷が生じることもない。
【００３０】
次に、７個のバンプフォイル１６…の固定部１６ａ…を静止保持部材１２の内周面に溶接Ｗ４…する。このとき、前記固定部１６ａ…は静止保持部材１２の内周面の曲率半径と同じ曲率半径を持つように成形されているため、溶接Ｗ４…の位置が円周方向に若干ずれた場合でも、湾曲部１６ｂ…の頂点が静止保持部材１２の内周面から浮き上がったり、前記内周面に強く押し付けられて変形したりする不具合が解消される。このようにして７個のバンプフォイル１６…が静止保持部材１２の内周面に沿って正しく装着されることで、その内側に配置されるミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃおよびトップフォイル１４の真円度が影響を受けるのを防止し、フォイル式流体軸受Ｂの性能を高めることができる。
【００３１】
続いて重ね合わせた３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの固定部１５ａ…を一体に溶接Ｗ２，Ｗ２したものを、その固定部１５ａ…において静止保持部材１２の内周面に溶接Ｗ３する。このとき、３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは真円であることが望ましいが、実際にはかなりの寸法誤差が存在することが避けられない。そこで、図７に示す熱処理用治具３１を用いてミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを真円に近づけるように矯正する。
【００３２】
熱処理用治具３１は、ベース部３２から上方に立ち上がる円筒状の心軸３３を備えており、その心軸３３の外径寸法は、静止保持部材１２の内周面に固定された３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのうちの、最内層のミッドフォイル１５Ａの内径の設計寸法に等しくなるように設定されている。
【００３３】
しかして、静止保持部材１２のフォイルアセンブリ１３のうち、トップフォイル１４を除いたバンプフォイル１６…およびミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃよりなるフォイルアセンブリ１３′を熱処理用治具３１の心軸３３の外周に嵌合させる。この状態で、熱処理用治具３１に支持されたバンプフォイル１６…およびミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに前述と同じ溶体化処理および時効硬化処理を施すことにより、最内層のミッドフォイル１５Ａの内径が設計寸法の真円に近づくように矯正するとともに強度を増加させる。
【００３４】
続いて固定部１４ａを静止保持部材１２の内周面に溶接Ｗ１したトップフォイル１４を、最内層のミッドフォイル１５Ａの内周面に接するように配置することで、フォイル式流体軸受Ｂの組み立てを完了する。熱処理用治具３１による熱処理をトップフォイル１４の溶接Ｗ１後に行わない理由は、トップフォイル１４の内周面に施されたＤＬＣやＰＴＦＥのコーティングが熱処理の熱で損傷するのを防止するためである。ミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが３層であるのに対し、トップフォイル１４は１層であるため、溶体化処理を施さなくても真円度を許容範囲に収めることができる。
【００３５】
このようにして組み立てを完了したフォイル式流体軸受Ｂは、図８および図９に示す内径測定治具４１に装着し、そのトップフォイル１４の内径を拡張して最終寸法に仕上げるとともに、その内径寸法の評価を行う。
【００３６】
内径測定治具４１は、中心に雌ねじ部４２ａを有する円板状のベース部材４２と、ベース部材４２の上面に固定された下部ガイド部材４３と、ベース部材４２にボルト４４…，４５，４５で固定されて下部ガイド部材４３の上面に隙間を存して対向する上部ガイド部材４６と、円周方向に６分割され、その下部に設けたフランジ４７ａ…が下部ガイド部材４３および上部ガイド部材４６間に挟まれて摺動自在に案内される、全体として円筒状の治具本体４７…と、治具本体４７…の中心を貫通してベース部材４２の雌ねじ部４２ａに螺合する雄ねじ部４８ａを有するボルト部材４８と、上部ガイド部材４６に固定され、その測定子４９ａが一つの治具本体４７の環状突起部４７ｂに当接するマイクロメータ４９とを備える。
【００３７】
全体として円筒状を成す治具本体４７…の外周にトップフォイル１４の内周を嵌合させたフォイル式流体軸受Ｂは、その静止保持部材１２が治具本体４７…の環状突起部４７ｂ…の上面に支持される。ボルト部材４８の中間部には下向きに僅かにテーパしたテーパ部４８ｂが設けられており、このテーパ部４８ｂは治具本体４７…の内周の被当接部４７ｃ…に当接する。従って、ボルト部材４８の上端のノブ４８ｃを回転させて雄ねじ部４８ａを雌ねじ部４２ａにねじ込むと、テーパ部４８ｂが被当接部４７ｃ…を押圧することで、６個の治具本体４７…の外周面を円筒状に保持しながら径方向外側に一斉に移動させることができる。
【００３８】
次に、内径測定治具４１の使用方法を説明する。
【００３９】
先ず、トップフォイル１４の内径の設計寸法に等しい内径を有する環状のマスターリングを、内径測定治具４１の円筒状を成す６個の治具本体４７…の外周に嵌合させる。続いてボルト部材４８のノブ４８ｃを回転させて雄ねじ部４８ａを雌ねじ部４２ａにねじ込むことで、ボルト部材４８のテーパー部４８ｂで被当接部４７ｃ…を押圧して治具本体４７…を径方向外側に移動させ、マスターリングの内周面に押し付ける。そしてマスターリングの内周面と治具本体４７…の外周面との間の摩擦力が所定値になるように、つまりマスターリングを治具本体４７…まわりに回転させるのに必要なトルクが所定値になるように、ボルト部材４８のねじ込み量を調整し、この状態でマイクロメータ４９の指針が０を指すように較正する。
【００４０】
続いてボルト部材４８を緩めて内径測定治具４１からマスターリングを取り外した後に、マスターリングの代わりにフォイル式流体軸受Ｂを内径測定治具４１に装着し、フォイル式流体軸受Ｂを治具本体４７…まわりに回転させるのに必要なトルクが前記所定値に一致するまで、再びボルト部材４８をねじ込んでゆく。そしてフォイル式流体軸受Ｂを回転させるのに必要なトルクが前記所定値に一致したときに、マイクロメータ４９の指針が指す値を読み取り、その値が０であればフォイル式流体軸受Ｂのトップフォイル１４の内径が設計寸法に一致していることが確認され、０でなければその値に応じた寸法誤差が存在することが確認される。
【００４１】
このように、内径測定治具４１を用いてフォイル式流体軸受Ｂのトップフォイル１４の内径寸法を評価する際に、治具本体４７…でトップフォイル１４を径方向外側に拡張させるので、トップフォイル１４の歪みを修正して真円度を更に高めることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４３】
例えば、実施例では金属波板としてフォイル式流体軸受Ｂのバンプフォイル１６を例示したが、本発明は他の任意の用途の金属波板の製造に適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、湾曲部および接続部が交互に形成された金属板をプレス成形し、スプリングバックにより逆方向に湾曲した金属板を金型に挟持して溶体化処理することにより、金属板を本来の方向に湾曲した正しい形状に残留歪みを残さないで矯正することができ、しかも金属板の表面を傷付けることもない。
【００４５】
また請求項２に記載された発明によれば、プレス成形後のスプリングバックで変形した金属板を金型を用いた溶体化処理で矯正した後に、フォイル式流体軸受のバンプフォイルとして用いるので、残留歪みが解放するのに伴ってバンプフォイルが逆方向に湾曲した元の形状に戻ることがなく、バンプフォイルの精度を高めてフォイル式流体軸受の性能を高めることができる。
【００４６】
また請求項３に記載された発明によれば、バンプフォイルの一方の端部に設けられた静止保持部材の内周面と同じ曲率半径の固定部を該静止保持部材の内周面に溶接するので、前記固定部における溶接位置に若干のずれがあっても、バンプフォイルの湾曲部を静止保持部材の内周面に隙間なく接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フォイル式流体軸受の縦断面図
【図２】図１の２部拡大図
【図３】バンプフォイルの熱処理用金型の平面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図４の５部拡大図
【図６】バンプフォイルの熱処理用金型の作用説明図
【図７】ミッドフォイルの熱処理用治具の縦断面図
【図８】内径測定治具の縦断面図
【図９】図８の９−９線断面図
【符号の説明】
１２ 静止保持部材
１６ バンプフォイル（金属板）
１６ａ 固定部
１６ｂ 湾曲部
１６ｃ 接続部
２１ 金型
Ｂ フォイル式流体軸受
【発明の属する技術分野】
本発明は、湾曲部および接続部が交互に形成された金属板を、その湾曲部が径方向外向きに突出するように全体として弧状に湾曲させた金属波板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転するジャーナルの外周を環状の空隙を存して囲む静止保持部材と、前記空隙に配置されてジャーナルを支持するフォイルアセンブリとを備えたフォイル式流体軸受が、下記特許文献１により公知である。このフォイル式流体軸受のフォイルアセンブリは、半径方向内側に配置された環状のトップフォイルと、半径方向中間に配置された環状のミッドフォイルと、半径方向外側に配置された複数の波板状のバンプフォイルとから構成されている。
【０００３】
またフォイル式流体軸受の波板状のバンプフォイルをプレス成形するための方法および装置が、下記特許文献２により公知である。
【０００４】
またプレス成形した製品のスプリングバックによる変形を矯正するために、製品の曲げ部の凸部側外面にショットブラストを施すものが、下記特許文献３により公知である。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３７２０４２号公報
【特許文献２】
特開２００２−３３１３１１号公報
【特許文献３】
特開平７−１５５８４１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献２に記載されているように、帯状の金属板に所定間隔で部分円筒状の溝をプレス加工して金属波板（フォイル式流体軸受のバンプフォイル）を製造する場合、プレス加工後のスプリングバックでバンプフォイルが所望の方向と逆方向に円弧状に湾曲してしまう問題があった。そこで従来は、逆方向に湾曲したバンプフォイルを手で正常な湾曲方向に修正していたが、その作業が面倒で多くの労力を要するだけでなく、バンプフォイルを手作業で正しい形状に修正することは極めて困難であり、更にバンプフォイルに残留歪みが残り、歪みの解放に伴って逆方向に湾曲した元の形状に変形する恐れがあり、それらの形状の誤差によりフォイル式流体軸受の性能が低下する可能性があった。
【０００７】
またスプリングバックによるバンプフォイルの変形を矯正するために、上記特許文献３に記載されたショットブラストを採用すると、表面に細かい凹凸が生じてバンプフォイルとして使用できなくなってしまう問題がある。
【０００８】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、プレス成形した金属波板のスプリングバックによる変形を、その金属波板を傷付けずに矯正することを目的とする。
【０００９】
【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に記載された発明によれば、湾曲部および接続部が交互に形成された金属板を、その湾曲部が径方向外向きに突出するように全体として弧状に湾曲させた金属波板の製造方法であって、金属板に湾曲部および接続部をプレス成形する工程と、スプリングバックにより前記湾曲方向と逆方向に湾曲した金属板を前記湾曲方向に湾曲した金型に挟持する工程と、金型に挟持した金属板を溶体化処理する工程とを含むことを特徴とする金属波板の製造方法が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、湾曲部および接続部が交互に形成された金属板をプレス成形し、スプリングバックにより逆方向に湾曲した金属板を金型に挟持して溶体化処理することにより、金属板を本来の方向に湾曲した正しい形状に残留歪みを残さないで矯正することができ、しかも金属板の表面を傷付けることもない。
【００１１】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、金属板は、フォイル式流体軸受の環状の静止保持部材の内周面に湾曲部が接するように配置されたバンプフォイルであることを特徴とする金属波板の製造方法が提案される。
【００１２】
上記構成によれば、プレス成形後のスプリングバックで変形した金属板を金型を用いた溶体化処理で矯正した後に、フォイル式流体軸受のバンプフォイルとして用いるので、残留歪みが解放するのに伴ってバンプフォイルが逆方向に湾曲した元の形状に戻ることがなく、バンプフォイルの精度を高めてフォイル式流体軸受の性能を高めることができる。
【００１３】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、バンプフォイルの一方の端部に静止保持部材の内周面と同じ曲率半径の固定部を設け、この固定部を静止保持部材の内周面に溶接したことを特徴とする金属波板の製造方法が提案される。
【００１４】
上記構成によれば、バンプフォイルの一方の端部に設けられた静止保持部材の内周面と同じ曲率半径の固定部を該静止保持部材の内周面に溶接するので、前記固定部における溶接位置に若干のずれがあっても、バンプフォイルの湾曲部を静止保持部材の内周面に隙間なく接触させることができる。
【００１５】
尚、実施例のバンプフォイル１６は本発明の金属板に対応する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１７】
図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１はフォイル式流体軸受の縦断面図、図２は図１の２部拡大図、図３はバンプフォイルの熱処理用金型の平面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図４の５部拡大図、図６はバンプフォイルの熱処理用金型の作用説明図、図７はミッドフォイルの熱処理用治具の縦断面図、図８は内径測定治具の縦断面図、図９は図８の９−９線断面図である。
【００１８】
図１および図２に示すように、円形断面のジャーナル１１を回転自在に支持するフォイル式流体軸受Ｂは、ジャーナル１１の外周を囲むように回転不能に固定された円筒状の静止保持部材１２と、静止保持部材１２の内周面およびジャーナル１１の外周面間に形成された環状の空隙に配置されるフォイルアセンブリ１３とから構成される。フォイルアセンブリ１３は、半径方向内側に配置された１枚のトップフォイル１４と、その外側に配置された３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃと、その外側に円周方向に離間して配置された７個のバンプフォイル１６…とから構成される。トップフォイル１４、ミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃおよびバンプフォイル１６…は、厚さが０．１ｍｍ程度の金属薄板で構成される。
【００１９】
トップフォイル１４は平坦なシートを略３６０°の中心角を有する環状に湾曲させたもので、その一端の固定部１４ａが静止保持部材１２の内周面の上部（重力の方向に対して）に溶接Ｗ１される。各々のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは平坦なシートを略３６０°の中心角を有する環状に湾曲させたもので、３枚重ねにされて予め一体に溶接Ｗ２，Ｗ２されたミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの一端の固定部１５ａ…が、静止保持部材１２の内周面に前記溶接部Ｗ１に隣接するように溶接Ｗ３される。トップフォイル１４は溶接Ｗ１された一端部から他端部に向けて時計方向に巻かれており、３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは溶接Ｗ３された一端部から他端部に向けて反時計方向に巻かれている。そしてトップフォイル１４の外周面および最内層のミッドフォイル１５Ａの内周面は円周方向に摺動自在に接触する。
【００２０】
７個のバンプフォイル１６…は、それらの一端の固定部１６ａ…が静止保持部材１２の内周面に溶接Ｗ４…される。各々のバンプフォイル１６は、半径方向外側に向けて突出する５個の湾曲部１６ｂ…と、それらの湾曲部１６ｂ…に対して交互に配置される６個の接続部１６ｃ…とが連続する波板状の部材である。部分円筒状の湾曲部１６ｂ…の頂点は静止保持部材１２の内周面に円周方向に摺動自在に接触し、静止保持部材１２と中心Ｏｂを共有する円弧状の接続部１６ｃ…は最外層のミッドフォイル１５Ｃの外周面に円周方向に摺動自在に接触する。
【００２１】
トップフォイル１４、ミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃおよびバンプフォイル１６…には、耐熱Ｎｉ合金等の硬度が高く耐熱性に優れた材料が使用される。
【００２２】
トップフォイル１４の内周面、つまりジャーナル１１に対向する面には、優れた潤滑特性（低摩擦係数、表面平滑性、高摩耗寿命）を有するＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）がコーティングされており、ジャーナル１１が回転を開始してトップフォイル１４の内周面との間に安定した流体膜層が形成されるまでの間、その摺動面に焼きつき等の異常が発生するのを防止している。尚、トップフォイル１４の内周面だけでなく、それに対向するジャーナル１１の外周面にもＤＬＣあるいはＰＴＦＥのコーティングを施すことにより、更に優れた潤滑特性を得ることができる。
【００２３】
また最内層のミッドフォイル１５Ａに対向するトップフォイル１４の外周面と、３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの内周面および外周面と、バンプフォイル１６…の湾曲部１６ｂ…および接続部１６ｃ…と、静止保持部材１２の内周面とには、例えば銅よりなる金属コーティングが施されており、これにより摺動面の摩擦係数を増加させてジャーナル１１の変位に対抗する大きな摩擦減衰力を発生させることができる。
【００２４】
フォイルアセンブリ１３の内部空間、つまり円筒状のトップフォイル１４の内部空間にジャーナル１１が僅かな隙間を存して回転自在に支持される。前記隙間は平均して２０μｍ程度であるが、図では誇張して示されている。重力により下向きの荷重Ｗを受けるジャーナル１１が、その中心Ｏｓを静止保持部材１２の中心Ｏｂから距離εだけ偏心させた平衡位置で矢印Ｒ方向（反時計方向）に回転すると、トップフォイル１４との間に介在する空気がジャーナル１１に引きずられて該ジャーナル１１の下方の楔状空間に押し込まれて正圧が発生し、逆にジャーナル１１の上方の楔状空間に負圧が発生する。そして前記空気力と荷重Ｗとが釣り合う前記平衡位置においてジャーナル１１はフォイルアセンブリ１３の内部に非接触状態で支持される。
【００２５】
外力の作用や空気力の変動でジャーナル１１が平衡位置から半径方向外側に変位すると、空気膜層を介してジャーナル１１に押圧されたフォイルアセンブリ１３が変形し、その際に発生する摺動面の摩擦抵抗によりジャーナル１１の移動を阻止する復元力が発生する。そして前記フォイルアセンブリ１３による復元力でジャーナル１１は平衡位置に安定して保持される。
【００２６】
ところで、バンプフォイル１６…は平坦な金属板に湾曲部１６ｂ…を所定間隔でプレス加工して製造されるが、図６（Ａ）に示すプレス加工後の形状は、スプリングバックにより、図６（Ｄ）に示す最終的な形状に対して逆方向に湾曲してしまう。即ち、最終的な形状はバンプフォイル１６…の全体的な湾曲方向に対して湾曲部１６ｂ…が外向きに突出しているが（図６（Ｄ）参照）、プレス加工後の形状はバンプフォイル１６…の全体的な湾曲方向に対して湾曲部１６ｂ…が内向きに突出している（図６（Ａ）参照）。そこで、スプリングバックにより変形したプレス加工後のバンプフォイル１６…を、金型２１を用いて正しい形状に矯正する。
【００２７】
図３〜図５に示すように、略長方形の金型２１は下型２２および上型２３からなり、下型２２および上型２３は対角位置に２本のノックピン２４，２４を備えるとともに、長手方向両端位置に下型２２および上型２３を締め付ける２本の締め付けボルト２５，２５を備える。また金型２１の中央部には、上型２３だけに螺合して下型２２の上面に当接する１本のスペーサボルト２６が設けられる。そして下型２２および上型２３間に、２列に配置した１６個のバンプフォイル１６…を同時に挟持することができる。
【００２８】
しかして、２本の締め付けボルト２５，２５を緩めた状態で、図５（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、スペーサボルト２６をねじ込むと下型２２に対して上型２３が離間して隙間が形成されるため、その隙間に金型２１の両側縁からバンプフォイル１６…を正常な方向に湾曲させながら挿入する。続いて、図５（Ｂ）および図６（Ｃ）に示すように、スペーサボルト２６を緩めた後に、２本の締め付けボルト２５，２５を締め付けて下型２２および上型２３間に１６個のバンプフォイル１６…を挟持する。
【００２９】
続いてバンプフォイル１６…を金型２１ごと炉内に挿入し、所定の温度に加熱して合金元素を固溶させた後に急冷する溶体化処理（固溶化熱処理）を行い、プレス成形後のスプリングバックで変形したバンプフォイル１６…を最終的な形状に矯正する。このとき、熱処理により歪みを解放させながら最終的な形状を出すため、残留歪みは残らない。以上の熱処理を終えたバンプフォイル１６…の形状は、図６（Ｄ）に示す最終形状に極めて精度良く一致しており、しかもショットブラストを行うとバンプフォイル１６…の表面に傷が生じるが、上記熱処理を採用したことにより残留歪みが残ることもなく、かつバンプフォイル１６…の表面に傷が生じることもない。
【００３０】
次に、７個のバンプフォイル１６…の固定部１６ａ…を静止保持部材１２の内周面に溶接Ｗ４…する。このとき、前記固定部１６ａ…は静止保持部材１２の内周面の曲率半径と同じ曲率半径を持つように成形されているため、溶接Ｗ４…の位置が円周方向に若干ずれた場合でも、湾曲部１６ｂ…の頂点が静止保持部材１２の内周面から浮き上がったり、前記内周面に強く押し付けられて変形したりする不具合が解消される。このようにして７個のバンプフォイル１６…が静止保持部材１２の内周面に沿って正しく装着されることで、その内側に配置されるミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃおよびトップフォイル１４の真円度が影響を受けるのを防止し、フォイル式流体軸受Ｂの性能を高めることができる。
【００３１】
続いて重ね合わせた３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃの固定部１５ａ…を一体に溶接Ｗ２，Ｗ２したものを、その固定部１５ａ…において静止保持部材１２の内周面に溶接Ｗ３する。このとき、３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃは真円であることが望ましいが、実際にはかなりの寸法誤差が存在することが避けられない。そこで、図７に示す熱処理用治具３１を用いてミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃを真円に近づけるように矯正する。
【００３２】
熱処理用治具３１は、ベース部３２から上方に立ち上がる円筒状の心軸３３を備えており、その心軸３３の外径寸法は、静止保持部材１２の内周面に固定された３枚のミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃのうちの、最内層のミッドフォイル１５Ａの内径の設計寸法に等しくなるように設定されている。
【００３３】
しかして、静止保持部材１２のフォイルアセンブリ１３のうち、トップフォイル１４を除いたバンプフォイル１６…およびミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃよりなるフォイルアセンブリ１３′を熱処理用治具３１の心軸３３の外周に嵌合させる。この状態で、熱処理用治具３１に支持されたバンプフォイル１６…およびミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃに前述と同じ溶体化処理および時効硬化処理を施すことにより、最内層のミッドフォイル１５Ａの内径が設計寸法の真円に近づくように矯正するとともに強度を増加させる。
【００３４】
続いて固定部１４ａを静止保持部材１２の内周面に溶接Ｗ１したトップフォイル１４を、最内層のミッドフォイル１５Ａの内周面に接するように配置することで、フォイル式流体軸受Ｂの組み立てを完了する。熱処理用治具３１による熱処理をトップフォイル１４の溶接Ｗ１後に行わない理由は、トップフォイル１４の内周面に施されたＤＬＣやＰＴＦＥのコーティングが熱処理の熱で損傷するのを防止するためである。ミッドフォイル１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃが３層であるのに対し、トップフォイル１４は１層であるため、溶体化処理を施さなくても真円度を許容範囲に収めることができる。
【００３５】
このようにして組み立てを完了したフォイル式流体軸受Ｂは、図８および図９に示す内径測定治具４１に装着し、そのトップフォイル１４の内径を拡張して最終寸法に仕上げるとともに、その内径寸法の評価を行う。
【００３６】
内径測定治具４１は、中心に雌ねじ部４２ａを有する円板状のベース部材４２と、ベース部材４２の上面に固定された下部ガイド部材４３と、ベース部材４２にボルト４４…，４５，４５で固定されて下部ガイド部材４３の上面に隙間を存して対向する上部ガイド部材４６と、円周方向に６分割され、その下部に設けたフランジ４７ａ…が下部ガイド部材４３および上部ガイド部材４６間に挟まれて摺動自在に案内される、全体として円筒状の治具本体４７…と、治具本体４７…の中心を貫通してベース部材４２の雌ねじ部４２ａに螺合する雄ねじ部４８ａを有するボルト部材４８と、上部ガイド部材４６に固定され、その測定子４９ａが一つの治具本体４７の環状突起部４７ｂに当接するマイクロメータ４９とを備える。
【００３７】
全体として円筒状を成す治具本体４７…の外周にトップフォイル１４の内周を嵌合させたフォイル式流体軸受Ｂは、その静止保持部材１２が治具本体４７…の環状突起部４７ｂ…の上面に支持される。ボルト部材４８の中間部には下向きに僅かにテーパしたテーパ部４８ｂが設けられており、このテーパ部４８ｂは治具本体４７…の内周の被当接部４７ｃ…に当接する。従って、ボルト部材４８の上端のノブ４８ｃを回転させて雄ねじ部４８ａを雌ねじ部４２ａにねじ込むと、テーパ部４８ｂが被当接部４７ｃ…を押圧することで、６個の治具本体４７…の外周面を円筒状に保持しながら径方向外側に一斉に移動させることができる。
【００３８】
次に、内径測定治具４１の使用方法を説明する。
【００３９】
先ず、トップフォイル１４の内径の設計寸法に等しい内径を有する環状のマスターリングを、内径測定治具４１の円筒状を成す６個の治具本体４７…の外周に嵌合させる。続いてボルト部材４８のノブ４８ｃを回転させて雄ねじ部４８ａを雌ねじ部４２ａにねじ込むことで、ボルト部材４８のテーパー部４８ｂで被当接部４７ｃ…を押圧して治具本体４７…を径方向外側に移動させ、マスターリングの内周面に押し付ける。そしてマスターリングの内周面と治具本体４７…の外周面との間の摩擦力が所定値になるように、つまりマスターリングを治具本体４７…まわりに回転させるのに必要なトルクが所定値になるように、ボルト部材４８のねじ込み量を調整し、この状態でマイクロメータ４９の指針が０を指すように較正する。
【００４０】
続いてボルト部材４８を緩めて内径測定治具４１からマスターリングを取り外した後に、マスターリングの代わりにフォイル式流体軸受Ｂを内径測定治具４１に装着し、フォイル式流体軸受Ｂを治具本体４７…まわりに回転させるのに必要なトルクが前記所定値に一致するまで、再びボルト部材４８をねじ込んでゆく。そしてフォイル式流体軸受Ｂを回転させるのに必要なトルクが前記所定値に一致したときに、マイクロメータ４９の指針が指す値を読み取り、その値が０であればフォイル式流体軸受Ｂのトップフォイル１４の内径が設計寸法に一致していることが確認され、０でなければその値に応じた寸法誤差が存在することが確認される。
【００４１】
このように、内径測定治具４１を用いてフォイル式流体軸受Ｂのトップフォイル１４の内径寸法を評価する際に、治具本体４７…でトップフォイル１４を径方向外側に拡張させるので、トップフォイル１４の歪みを修正して真円度を更に高めることができる。
【００４２】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００４３】
例えば、実施例では金属波板としてフォイル式流体軸受Ｂのバンプフォイル１６を例示したが、本発明は他の任意の用途の金属波板の製造に適用することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、湾曲部および接続部が交互に形成された金属板をプレス成形し、スプリングバックにより逆方向に湾曲した金属板を金型に挟持して溶体化処理することにより、金属板を本来の方向に湾曲した正しい形状に残留歪みを残さないで矯正することができ、しかも金属板の表面を傷付けることもない。
【００４５】
また請求項２に記載された発明によれば、プレス成形後のスプリングバックで変形した金属板を金型を用いた溶体化処理で矯正した後に、フォイル式流体軸受のバンプフォイルとして用いるので、残留歪みが解放するのに伴ってバンプフォイルが逆方向に湾曲した元の形状に戻ることがなく、バンプフォイルの精度を高めてフォイル式流体軸受の性能を高めることができる。
【００４６】
また請求項３に記載された発明によれば、バンプフォイルの一方の端部に設けられた静止保持部材の内周面と同じ曲率半径の固定部を該静止保持部材の内周面に溶接するので、前記固定部における溶接位置に若干のずれがあっても、バンプフォイルの湾曲部を静止保持部材の内周面に隙間なく接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フォイル式流体軸受の縦断面図
【図２】図１の２部拡大図
【図３】バンプフォイルの熱処理用金型の平面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】図４の５部拡大図
【図６】バンプフォイルの熱処理用金型の作用説明図
【図７】ミッドフォイルの熱処理用治具の縦断面図
【図８】内径測定治具の縦断面図
【図９】図８の９−９線断面図
【符号の説明】
１２ 静止保持部材
１６ バンプフォイル（金属板）
１６ａ 固定部
１６ｂ 湾曲部
１６ｃ 接続部
２１ 金型
Ｂ フォイル式流体軸受
Claims (3)
- 湾曲部（１６ｂ）および接続部（１６ｃ）が交互に形成された金属板（１６）を、その湾曲部（１６ｂ）が径方向外向きに突出するように全体として弧状に湾曲させた金属波板の製造方法であって、
金属板（１６）に湾曲部（１６ｂ）および接続部（１６ｃ）をプレス成形する工程と、
スプリングバックにより前記湾曲方向と逆方向に湾曲した金属板（１６）を前記湾曲方向に湾曲した金型（２１）に挟持する工程と、
金型（２１）に挟持した金属板（１６）を溶体化処理する工程と、
を含むことを特徴とする金属波板の製造方法。 - 金属板（１６）は、フォイル式流体軸受（Ｂ）の環状の静止保持部材（１２）の内周面に湾曲部（１６ｂ）が接するように配置されたバンプフォイルであることを特徴とする、請求項１に記載の金属波板の製造方法。
- バンプフォイルの一方の端部に静止保持部材（１２）の内周面と同じ曲率半径の固定部（１６ａ）を設け、この固定部（１６ａ）を静止保持部材（１２）の内周面に溶接したことを特徴とする、請求項２に記載の金属波板の製造方法。
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