JP4340854B2

JP4340854B2 - 動圧発生溝の加工方法

Info

Publication number: JP4340854B2
Application number: JP2003116440A
Authority: JP
Inventors: 武則小村; 康人友近; 高橋　　毅; 康雄高村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP2004324674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、中空円筒状の被加工物の内周面に塑性加工によって溝を形成する加工方法に関し、更に詳しくは、動圧軸受の軸受スリーブ内周面に、ラジアル動圧発生溝を形成するのに好適な加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動圧軸受装置は、僅かのすき間を挟んで対向配置した２つの部材の間に、作動流体を注入するとともに、これら２つの部材の対向面のいずれか一方に動圧発生溝を形成し、これらの相対回転により生じる動圧力によって、これらの部材を非接触に支持する構造をとる。
【０００３】
動圧軸受の中でも、軸周りの回転を支持するラジアル動圧軸受の動圧発生溝は、周方向にＶパターンまたはヘリングボーンパターン等が採用されており、僅かなすき間を挟んで対向配置された回転軸（シャフト）の外周面、あるいは筒状体（スリーブ）の内周面のどちらか一方に、塑性加工によって形成されている。このような形状のラジアル動圧発生溝を高精度に加工する方法として、硬質なボールを用いて塑性加工を行なうボール転造が好適に用いられている（例えば、特許文献１あるいは特許文献２等を参照。）。
【０００４】
図２は、ボール転造加工によるラジアル動圧発生溝の形成方法の概略を示す説明図である。この図は、円筒状の被加工物（スリーブ３）の内周面３ｙに、軸方向に距離を隔てた２ヶ所のラジアル動圧発生溝３ｖ，３ｖを形成する事例を示している。図中の符号、２は加工用治具を、３は動圧発生溝を形成すべきスリーブを、４は旋盤等（図示省略）のチャックを示している。
【０００５】
図３は、この動圧発生溝のボール転造に用いられる加工用治具２の構造を示す断面図であり、図４は、図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。この加工用治具２は、旋盤等（図示省略）に固定するための支持軸部２１と、この支持軸部２１と一体に形成された円柱状の加工軸部２２と、この加工軸部２２に同心状に設けられた取付孔２２ａに嵌め入れられたピン２３と、硬質な材料から形成された複数のボール１０とからなる。
【０００６】
この加工軸部２２の先端近傍の外周面２２ｘには、前記取付孔２２ａに貫通するガイド穴２２ｈが周方向に等間隔で複数（この例においては６個）設けられている。また、これらのガイド穴２２ｈには、取付孔２２ａ側からそれぞれボール１０が嵌め入れられ、この取付孔２２ａに嵌合されたピン２３によって支持されている。
【０００７】
なお、図４に示すように、この加工軸部２２の外径Ｄ１は、加工対象であるスリーブ３の内径より小さく形成されている。また、加工軸部２２から突出する各ボール１０の径方向外端を結んだ外接円の直径Ｄ２は、スリーブ３の内径より数μｍ〜十数μｍ程度大きくなるように設定されている。このボール１０を構成する材料としては、硬質な金属（超硬合金等）やセラミックス等が好適に使用される。
【０００８】
図５は、転造加工によるラジアル動圧発生溝３ｖの形成手順を説明する模式的断面図である。動圧発生溝の転造加工は、まず加工用治具２を一方向（正方向）に回転させながら、この加工用治具２の加工軸部２２を軸方向に相対移動させて、被加工物（スリーブ３）の内周に押し込む。この加工軸部２２に配設されているボール１０が、動圧発生溝を形成させるべき区間の軸方向中間点Ｍまで達した後は、加工用治具２を逆方向に回転させながら加工軸部２２を更に進行させ、半数の動圧発生溝３ｖを形成する。その後、加工用治具２を逆方向に引き抜きながら、同様の操作を行なうことによって、残り半数の動圧発生溝３ｖが形成される。この方法によって、加工用治具２の一度の往復により、加工軸部２２に配設されたボール数の２倍の本数のラジアル動圧発生溝３ｖ（すなわち、Ｖ字状の溝）が形成されることとなる。
【０００９】
なお、溝形状の転造に寄与する加工用治具外周面の突出部位（凸部）を形成する方法として、上述の硬質なボールを加工軸部外周面に装着する方法の他、加工軸部の一部に外周面に突出する形状を有するリング等を装着する方法、あるいは加工軸部外周面に種々の形状の凸部を一体に形成する方法等が提案されている（特許文献３等を参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭６１−６４２６号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３３５４１号公報
【特許文献３】
特開平８−２４３６７４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のようなラジアル動圧発生溝は、周方向に一様な動圧を発生させるために、同一形状の多数の溝を、これらの溝底面が被加工物（スリーブ）の内径に対し同軸となるように加工する必要がある。そのため、この加工に用いられる治具とスリーブの中心位置は、スリーブあるいは治具を水平方向に移動させ、正確に一致させねばならない。具体的には、スリーブの内径中心と治具の回転中心の相対位置ずれが、２〜３μｍ以下となるように心出し調整する作業が行なわれている。
【００１２】
しかしながら、スリーブは外径で固定されるのに対し、その内径中心は個々のスリーブごとに微妙な誤差があり、内径中心が毎回同じ位置に来るようにセットできるとは限らない。従って、この治具の心出し作業は加工するスリーブごとに行なわねばならず、しかも精密に行なう必要があり、製造工程にとって非常に手間や工数のかかる作業となっていた。
【００１３】
また、動圧発生溝がスリーブ内径と同心状に形成されなかった場合は、当然ながら、動圧軸受の部品として使用することができない。
【００１４】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、軸受スリーブと治具の心出し作業を簡略化することができ、不良の発生率も低い動圧発生溝の加工方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、一端の支持軸部（１１）と他端の加工軸部（１３）とからなり、円筒状の被加工物（３）の内径より小さな外径の前記加工軸部（１３）の外周に複数の凸部（１０）が形成されてなる加工用治具（１）を、前記被加工物（３）の内径に相対回転を与えつつ挿入することにより、この被加工物（３）の内周面に、前記各凸部（１０）の軌跡に相当するパターンの微細な溝を形成する動圧発生溝の加工方法において、
前記治具（１）として、前記支持軸部（１１）と前記加工軸部（１３）との間に、この加工軸部（１３）の回転中心と前記被加工物（３）の内径中心のずれを吸収する心ずれ調節手段と、
一端が前記支持軸部（１１）の外周に嵌合されて、他端が前記加工軸部（１３）に向かって伸びるとともに前記心ずれ調節手段と前記加工軸部（１３）とに径方向の外方の周囲にすき間を設けて配置される固定部材（１５）と、
を備える治具を用いることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、被加工物の内径中心と治具の回転中心との相対位置ずれを、自律的に吸収することのできる心ずれ調節手段を備えた加工用治具を用いることにより、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１７】
すなわち、請求項１に記載の加工方法によれば、治具自身が心ずれの調節機能を備えることによって、通常２〜３μｍ以下となるように心出し調整されていた、被加工物（スリーブ）の内径中心と治具の回転中心の間のずれの許容量を拡大することができる。従って、非常に手間や工数のかかる作業であった心出し作業を簡略化し、加工のスピードアップを図ることができる。
【００１８】
また、この心ずれ調節手段は、従来の加工方法に比べ、転造加工によって形成されるラジアル動圧発生溝のスリーブ内径に対する同心度を向上させることができる。従って、本発明の加工方法によれば、動圧発生溝の転造加工の加工精度が向上し、製品の不良率を低減することが可能となる。
【００１９】
ここで、上記心ずれ吸収手段を備える治具の具体例として、前記治具の支持軸部（１１）と加工軸部（１３）との間に、この加工軸部より外径の小さい小径軸部（１２）が形成された構成を好適に採用することができる。（請求項２）
【００２０】
請求項２の発明によれば、棒状治具の加工軸部より支持軸部側の一部を、加工軸部より小さな径の小径軸部として形成することにより、この部位の剛性を他の部位に比べ低く設定することができる。従って、スリーブの内径中心と加工軸部の回転中心の間にずれがある場合は、この小径軸部が変形（変位）を起こすことによって、このずれが吸収緩和される。なお、この小径軸部は、上記ずれの許容量をなるべく大きくとるため、できる限り支持軸部に近い部位に形成することが望ましい。
【００２１】
また、本発明において心ずれ調節手段を設ける方法は、この小径軸部だけに限られるものではない。例えば、前記治具の支持軸部と加工軸部との間に、スリットや穴を設けて剛性を下げても良いし、材料の熱処理（焼入れ等）の程度を部分的に変化させても良い。また、この部位に加工軸部の材料より剛性の劣る別部材を介在配置しても良い。しかしながら、この小径軸部を設ける方法は、加工が容易で変形（変位）に方向性が無いため、合理的である。
【００２２】
更にまた、請求項３に記載の発明は、前記凸部が、前記加工軸部（１３）の外周面に設けられたガイド穴（１３ｈ）に嵌め入れられたボール（１０）によって形成されていることを特徴とする。
【００２３】
なお、この凸部は、加工軸部の一部に外周面に突出する形状を有するやリング等を装着するか、あるいは加工軸部の外周面に種々の形状の凸部を一体に形成して構成しても良い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態における動圧発生溝の加工に用いられる治具の構造を示す断面図である。この実施の形態における事例も、従来例と同様、円筒状の被加工物（スリーブ３）の内周面３ｙに、軸方向に距離を隔てた２ヶ所のラジアル動圧発生溝３ｖ，３ｖを形成するものとする（図２を参照）。
【００２５】
この実施の形態で使用される加工用治具１は、支持軸部１１と、この支持部１１と一体に形成された加工軸部１３と、これら支持軸部１１と加工軸部１３の間に形成された小径軸部１２と、加工軸部１３の内周に嵌め入れられたピン１４と、複数のボール１０とを主体として構成されている。加工軸部１３の構造は、図３で示した例とほぼ同様であり、この加工軸部１３の先端近傍には、支持軸部１１と同心状の取付孔１３ａが設けられている。また、その外周面１３ｘには、この取付孔１３ａに貫通するガイド穴１３ｈが周方向に等間隔で複数（この例においては６個）設けられている。これらのガイド穴１３ｈには、取付孔１３ａ側からそれぞれボール１０が嵌め入れられ、この取付孔１３ａに嵌合されたピン１４によって支持されている。
【００２６】
なお、この加工用治具１を用いた動圧発生溝の転造加工も、図５で説明した例と同様の方法で行なわれ、加工軸部１３の外周面に複数のボール１０を保持する加工用治具１を正逆（左右）回転させながら、被加工物（スリーブ３）に対して軸方向に相対移動させることにより、周方向にＶパターンまたはヘリングボーンパターンの動圧発生溝３ｖ，３ｖが形成されることとなる。
【００２７】
本実施の形態における動圧発生溝の加工方法の特徴は、転造加工の治具として、支持軸部１１と加工軸部１３との間に、これら支持軸部１１と加工軸部１３より外径の小さい小径軸部１２が形成された加工用治具１を用いる点である。また、この小径軸部１２の周囲には、一端が支持軸部１１の外周１１ｘに固定され、他端が加工軸部１３に向かって伸びる円筒状の固定部材１５が、加工軸部１３と僅かのすき間を開けて配置されている。
【００２８】
この小径軸部１２は、この部位の剛性を下げるために設けられているものであって、この構造により、加工軸部１３を径方向に可動とすることができる。すなわち、転造加工時に、スリーブ３の内径中心と加工軸部１３の回転中心の間に相対的なずれがある場合でも、この加工軸部１３はそのずれを吸収することが可能となる。
【００２９】
また、固定部材１５は、この加工用治具１が旋盤等（図示省略）に取り付けられる位置を、可能な限り軸方向加工軸部１３側に近づけることを目的としたものであって、この固定部材１５の外周面１５ｘにおける加工軸部１３に近い位置（図示下方）で治具１を固定することにより、スリーブ３の内径中心と加工軸部１３の回転中心の間のずれの調整が容易になる。なお、この固定部材１５の内周面１５ｙと加工軸部１３の外周面１３ｘとの間には、この加工軸部１３の心ずれ調節機能を阻害しない程度のすき間が設けられている。
【００３０】
以上の構成の治具１を用いることによって、本実施の形態における動圧発生溝の加工は、スリーブ３の内径中心と治具１の回転中心の間の相対位置ずれの許容量が拡大されるとともに、転造加工によって形成されるラジアル動圧発生溝３ｖのスリーブ３内径に対する同心度が向上する。
【００３１】
また、従来２〜３μｍを限度として行なっていたスリーブの内径中心と治具の回転中心との間の心出し作業であるが、本実施の形態における加工方法を採用することによって、誤差数十μｍ程度の心出し作業で高精度な転造加工が可能となり、製造工程の効率化を図ることができた。
【００３２】
なお、以上の実施の形態においては、支持軸部１１の周囲に大径の固定部材１５を配置した例を示したが、この固定部材１５を配置する代わりに、支持軸部１１を従来例と同程度の直径に形成しても良い。
【００３３】
また、加工軸部外周面１３ｘの凸部を構成するボール１０の大きさや個数、配置等は、特に限定されるものではなく、動圧発生溝を形成すべき被加工物の材質や、所望とする動圧発生溝の形状・パターン等によって、適宜変更すれば良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の動圧発生溝の加工方法によれば、加工されるスリーブの内径中心と加工用治具の回転中心との間の相対位置ずれの許容量が拡大され、これらスリーブと加工用治具の間の心出し作業を簡略化することができる。また、動圧発生溝のスリーブ内径に対する同心度が向上し、高精度な動圧軸受部品を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における動圧発生溝の加工に用いられる治具の構造を示す断面図である。
【図２】ボール転造によるラジアル動圧発生溝の形成方法の概略を示す説明図である。
【図３】動圧発生溝のボール転造に用いられる従来の加工用治具の構造を示す断面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】加工用治具を用いた動圧発生溝の形成手順を説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
１，２加工用治具
３スリーブ
３ｖ動圧発生溝
３ｙ内周面
４チャック
１０ボール（凸部）
１１支持軸部
１１ｘ外周面
１２小径軸部
１３加工軸部
１３ａ取付孔
１３ｈガイド穴
１３ｘ外周面
１４ピン
１５固定部材
１５ｘ外周面
１５ｙ内周面
２１支持軸部
２２加工軸部
２２ａ取付孔
２２ｈガイド穴
２２ｘ外周面
２３ピン

Claims

一端の支持軸部と他端の加工軸部とからなり、円筒状の被加工物の内径より小さな外径の前記加工軸部の外周に複数の凸部が形成されてなる加工用治具を、前記被加工物の内径に相対回転を与えつつ挿入することにより、この被加工物の内周面に、前記各凸部の軌跡に相当するパターンの微細な溝を形成する動圧発生溝の加工方法において、
前記治具として、前記支持軸部と前記加工軸部との間に、この加工軸部の回転中心と前記被加工物の内径中心のずれを吸収する心ずれ調節手段と、
一端が前記支持軸部の外周に嵌合されて、他端が前記加工軸部に向かって伸びるとともに前記心ずれ調節手段と前記加工軸部とに径方向の外方の周囲にすき間を設けて配置される固定部材と、
を備える治具を用いることを特徴とする動圧発生溝の加工方法。
前記心ずれ調節手段として、前記支持軸部と前記加工軸部との間に、この加工軸部より外径の小さい小径軸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の動圧発生溝の加工方法。
前記凸部が、前記加工軸部の外周面に設けられたガイド穴に嵌め入れられたボールによって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の動圧発生溝の加工方法。