JPH10502584A - 金属除去工具による動溝軸受の製造方法及びこの動溝軸受を設けたデータ記憶ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 互いに相対的に回転自在である第１軸受部片（１５５）と第２軸受部片（１４７）とを有する動溝軸受（１４３）を製造する方法である。この方法によれば、金属除去工具（１７）によって、協働する軸受面（１６５、１６７、１８５、１８７）をこれ等軸受部片（１５５、１４７）に設けると共に、第１軸受部片（１５５）の軸受面（１６５、１６７）には溝のパターン（１７３、１６９）を設ける。本発明方法においては、工作機械（１）の回転自在の支持体（５７）に第１軸受部片（１５５）を固定し、この支持体（５７）を一定方向に回転させる。支持体（５７）の回転周波数と第１軸受部片（１５５）の軸受面（１６５、１６７）に設けるべき溝（１７１）の数との積によって決定される周波数で、位置決め装置（１５）により、第１軸受部片（１５５）の軸受面（１６５、１６７）に対し横方向に平行にこの第１軸受部片（１５５）に対し相対的に周期的に工具（１７）を移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】 金属除去工具による動溝軸受の製造方法及び この動溝軸受を設けたデータ記憶ユニット 本発明は工作機械の回転自在の支持体に第１軸受部片を固定し、この支持体を 回転させながら工作機械の位置決め装置により金属除去工具と第１軸受部片とを 互いに相対的に移動させ、協働する軸受面を第１軸受部片と、第２軸受部片とに 金属除去工具により設けると共に、溝パターンを第１軸受部片の軸受面に金属除 去工具により設け、互いに相対的に回転し得る第１軸受部片と第２軸受部片とを 有する動溝軸受を製造する方法に関するものである。 また、本発明は球状軸受面を設けた２個の動溝軸受によってカセット形ハウジ ング内に回転自在に支持された情報ディスクと、この情報ディスクに協働する走 査ユニットとを具え、情報ディスクの両側にこの情報ディスクに平行に延在する ハウジングの２個の主壁のおのおのに２個の動溝軸受のおのおのの外側軸受部片 を固定したデータ記憶ユニットに関するものである。 動溝軸受を製造するため、この明細書の頭初に述べた種類の一般に既知の方法 によれば、動溝軸受には、例えば等間隔の多数の螺旋形溝から成る螺旋形溝パタ ーンを設けるか、又は等間隔にＶ字状に配置された多数の対をなす溝から成る杉 綾パターンを設けている。この既知の方法において使用される金属除去工具は第 １軸受部片に多数の順次の平削り作用を行う切削工具である。個々の平削り作用 中、個々の溝に対応する通路に従って、切削工具を第１軸受部片に対して相対的 に繰り返し移動させるよう、第１軸受部片と共に回転可能な支持体は振動回転運 動を行い、切削工具は振動並進運動を行う。このようにして、この既知の方法に よれば、溝パターンの個々の溝が第１軸受部片に順次設けられる。このように形 成された個々の溝は一般に一定の長方形横断面を有する。 この既知の方法は支持体と切削工具との振動運動のため、時間を消費する欠点 がある。この振動運動は比較的振幅が大きく、周波数が比較的小さい。これは個 々の溝の全長に沿い第１軸受部片に対し相対的に工具を移動させるからであり、 更に支持体、及び切削工具はその振動運動の反転位置に達する度に停止し、次に 反対方向に加速されるからである。更に、切削工具はその振動運動の一方向で切 削を行うだけであり、振動運動の反転方向では切削工具は第１軸受部片に接触し ない。また、この既知の方法は形成される溝の横断面が一定でない可能性があり 、例えば非常に困難を伴いながら、又は多分全く困難無しに半円形横断面のよう に長方形と異なる横断面になる欠点がある。 本発明の目的は既知の方法の上述の欠点をできるだけ解消し、頭書に述べた種 類の方法を得るにある。 この目的を達成するため、本発明方法は、支持体を一定方向に回転させながら 、この支持体の回転周波数と、第１軸受部片の軸受面に設けるべき溝の数との積 によって決定される周波数で、金属除去工具と第１軸受部片とをこの第１軸受部 片の軸受面に対し横方向に平行に相互に相対的に周期的に移動させることを特徴 とする。支持体は第１軸受部片と共に一定方向に回転するから、順次設けるべき 溝パターンの溝を横切る通路に沿って金属除去工具、及び第１軸受部片は相互に 相対的に移動する。支持体の回転周波数と第１軸受部片の軸受面に設けるべき溝 の数との積によって定まる周波数で、第１軸受部片の軸受面に対し横方向に平行 に金属除去工具と第１軸受部片とを相互に相対的に周期的に移動させるから、設 けるべき順次の溝を横切る度に、金属除去工具はその都度、短い「はつり」運動 を行い、従って順次の溝の比較的小さい部分をその度に予備処理し、又は一層深 くする。このようにして、支持体が回転する間に、溝パターンの溝を同時に形成 する。金属除去工具と第１軸受部片との相互に相対的な周期的な運動の振幅は設 けるべき溝の深さによって決定される。上記深さは比較的小さいから、上記振幅 は比較的小さく、金属除去工具と、第１軸受部片との相互に相対的な周期的運動 の比較的高い周波数を達成でき、従って、第１軸受部片と共に支持体の比較的高 い回転周波数を達成することができる。第１軸受部片と共に支持体の高い回転周 波数と、金属除去工具と第１軸受部片との相互に相対的な周期的運動の比較的高 い周波数とのため、比較的高い処理速度を達成でき、本発明方法により比較的短 時間に動溝軸受を製造することができる。 本発明方法によって製造される動溝軸受の溝は、工具と第１軸受部片との互い に相対的な周期的運動の単一サイクル中、軸受面に対する相対的な金属除去工具 の位置の変化によって決定される横断面を有する。位置決め装置を適切に制御し て上記位置の変化を制御することができるから、本発明方法によって製造される 動溝軸受には例えば半円形、楕円形、又は放物線形の横断面のように種々の横断 面を設けることができる。更に、本発明方法によって製造される動溝軸受には、 一定でない横断面を有する溝、又は相互に異なる横断面を有する溝を設けること ができる。 このような周期的運動の単一サイクル中、第１軸受部片に対する相対的な工具 の位置は一般に変化する。これは位置決め装置によって工具に、又は第１軸受部 片を有する支持体に作用する駆動力は限定された値であるからである。この結果 、本発明方法によって製造される動溝軸受の溝は軸受面に対し斜めに延び、即ち 垂直でなく延びており、鋭い角部が無く滑らかに、溝の間にある軸受面の一部に 、更に溝の低部に連なっている。従って、このようにして製造された溝の横断面 は、上述の既知の方法により製造された軸受面のように、軸受面と溝との間に明 瞭に切目があって、鋭く角張った遷移部がある溝の長方形横断面とは顕著に相違 する。軸受面と溝との間のこのような鋭利な角張った遷移部は従来の動溝軸受の 特性であり、安定状態で作動中ならば、溝内には比較的高い圧力が発生し、動溝 軸受の比較的高い支持力を達成することができる。本発明方法ではこのような鋭 く角張った遷移部は生じない。しかし、本発明方法によって生じる溝の側壁と軸 受面との間の滑らかな遷移部は動溝軸受の始動中でも、２個の軸受部片の軸受面 間に比較的迅速に圧力を発生させ、安定状態での作動中には、この滑らかな遷移 部は支持力を適切に減少させる役割を果たす。迅速に圧力が発生するから、溝軸 受の始動中、２個の軸受部片の軸受面は一層迅速に互いに離間し、軸受面間の機 械的摩擦、及びそれによる軸受面の摩擦をできるだけ限定することができる。 動溝軸受を製造する方法は米国特許第4380355号から既知である。この既知の 方法によれば、エッチング法により軸受面に長方形横断面の溝を設け、次に溝と 溝との間の軸受面の部分に磨き布によって若干凸状の表面を設けている。従って 、この既知の方法は溝を設け、溝の間にある軸受面の部分を処理するため２個の 異なる操作工程から成り、そのため時間を要する欠点がある。またこの既知の方 法 で製造された溝軸受は溝と軸受面との間に通常の鋭い角張った遷移部を有する欠 点がある。 本発明方法の特殊な実施例は、金属除去工具と第１軸受部片とをこの第１軸受 部片の軸受面に対し横方向に平行に相互に相対的に周期的に、正弦波状運動に従 って移動させることを特徴とする。本発明方法のこの特殊な実施例によって、正 弦波状の横断面の溝を有し、その溝の間にある軸受面の部分が正弦波状の表面を 有する動溝軸受を製造する。正弦波状溝を有するこのような軸受面を製造するた め、位置決め装置によって工具に、又は第１軸受部片を有する支持体に作用させ る駆動力は最小であり、従って、工具と第１軸受部片との相互に相対的な周期的 運動の周波数を最大にすることができる。そのため、或る所定の回転周波数で、 軸受面に最大数の溝を設けることができる。 本発明の他の実施例は、第１軸受部片と第２軸受部片とに球状軸受面を設け、 金属除去工具と第１軸受部片とを支持体の回転軸線に対し傾斜する方向に平行に 相互に相対的に周期的に移動させることを特徴とする。本発明のこの実施例では 、溝軸受の回転軸線に垂直に指向する軸受力を発生すると共に、溝軸受の回転軸 線に平行に指向する軸受力をも発生する動溝軸受を製造する。この実施例では、 溝パターンを動溝軸受の内側軸受部片の凸状軸受面に設けるか、動溝軸受の外側 軸受部片の凹状軸受面に設ける。第１軸受部片を有する支持体の回転軸線に対し 傾斜する方向に平行に工具と第１軸受部片とを交互に相対的に周期的に移動させ るから、支持体の回転軸線と、工具と第１軸受部片との相互に周期的な移動方向 との間になす角度を一定に維持して、第１軸受部片の球状軸受面の比較的大きな 部分をこの工具によって処理することができる。従って、この動溝軸受の製造中 、工具と第１軸受部片との相互に周期的に移動する方向を変化させないで済む。 本発明方法の更に他の実施例は、金属除去工具と第１軸受部片とをこの第１軸 受部片の軸受面に対し横方向に平行に相互に相対的に周期的に、積層圧電アクチ ュエータによって移動させることを特徴とする。このような積層圧電アクチュエ ータは本発明方法による動溝軸受の製造の特質である周波数と振幅とを有する移 動を発生させるのに適していることは明らかである。この移動の振幅は製造すベ き溝の深さによって決定され、この振幅は例えば数十ミクロンである。移動の周 波数は支持体の回転周波数と、第１軸受部片の軸受面に設ける溝の数との積によ って決定され、この周波数は例えば数百ヘルツである。更に、このような圧電ア クチュエータによって非常に正確な移動を達成することができる。この結果、製 造された動溝軸受の溝が正確な形状を有するだけでなく、溝の間にある軸受面の 部分の相互の寸法のずれも比較的小さい。軸受面間の間隙の高さが小さい場合、 軸受部片の軸受面間が機械的に接触する危険が減少し、間隙の高さが比較的小さ く、従って動溝軸受の高い剛性を達成することができる。 本発明方法の特殊な実施例は、金属除去工具を位置決め装置の工具ホルダに固 定し、この工具ホルダを弾性変形可能な２個の環状隔膜によって位置決め装置の ハウジングに固定し、これ等環状隔膜を圧電アクチュエータの力の作用線に垂直 に延在し、これ等環状隔膜の共通中心線を圧電アクチュエータの力の作用線に合 致させることを特徴とする。環状隔膜を使用することによって、圧電アクチュエ ータの力の作用線に垂直な方向に特に剛強に工具を固定することができる。加工 処理の力の作用を受けて、圧電アクチュエータの力の作用線に垂直な方向に圧電 アクチュエータに加わる機械的負荷、及び工具の機械的振動をできるだけ防止す ることができる。 本発明の他の実施例は、力の作用線に対し同心に位置し工具ホルダの一部を形 成している継手ブッシュによって隔膜を相互に結合すると共に、圧電アクチュエ ータをブッシュ状にして継手ブッシュ内に同心に位置させ、ブッシュ状の圧電ア クチュエータの内側に配置された位置センサによって、力の作用線に平行に指向 する金属除去工具の軸線方向位置を測定し、力の作用線に平行に指向する工具ホ ルダの軸線方向位置を位置センサによって検出することを特徴とする。位置セン サを内部に配置したブッシュ状圧電アクチュエータと上記継手ブッシュとの使用 によって位置決め装置を特にコンパクトな構造にすることができる。また、位置 センサが工具ホルダの軸線方向位置を検出するから、圧電アクチュエータ、又は 継手ブッシュの変形に影響を受けないで、金属除去工具の軸線方向位置を特に正 確に測定することができる。 本明細書の頭書に述べた種類のデータ記憶ユニットは、ヨーロッパ特許公開第 0574074号から既知である。この既知のデータ記憶ユニットは非常にコンパクト で、軽量であり、最小寸法の便利な構造であり、このデータ記憶ユニットはポケ ットサイズに構成することができる。従って、既知のデータ記憶ユニットに使用 される動溝軸受は最小寸法である。データ記憶ユニットの保守のいらない長い寿 命を達成するためには、動溝軸受の球状軸受面間の間隙高さが正確であることが 必要である。 本発明データ記憶ユニットは本発明方法により製造された動溝軸受を使用する ことを特徴とする。本発明方法により製造される動溝軸受は高い寸法制度を有し 、更にこのようなコンパクトなデータ記憶ユニットの大量生産に必要な比較的短 い処理時間を達成することができるから、本発明方法は上記データ記憶ユニット のために必要な動溝軸受の製造に適することは明らかである。 図面を参照して、以下に本発明を一層詳細に説明する。 図１は本発明方法を実施する工作機械の線図的平面図である。 図２は図１の工作機械の位置決め装置の横断面図である。 図３ａは本発明方法により製造された動溝軸受の横断面図である。 図３ｂは図３ａの動溝軸受に属する溝パターンを有する内側軸受部片を示す。 図３ｃは本発明方法による図３ｂの内側軸受部片にどのようにして溝パターン を設けるかを示す図である。 図３ｄは図３ｂの内側軸受部片の溝パターンの多数の個々の溝の横断面図であ る。 図３ｅは図３ｂの内側軸受部片の代案の溝パターンの多数の個々の溝の横断面 図である。 図４ａは本発明方法により製造された２個の動溝軸受を設けたデータ記憶ユニ ットを線図的に示す図である。 図４ｂは本発明方法による図４ａのデータ記憶ユニットの動溝軸受の外側軸受 部片にどのようにして溝パターンを設けるかを示す図である。 図１に示す本発明方法を実施する工作機械１はベース面上に設置し得るフレー ム３を具える。このフレーム３はＸ方向に平方に延びる真直ぐな案内路７を有す る案内ブロック５を具える。工作機械１は図１に示していない静流体軸受によっ て案内ブロック５の案内路７に沿って移動可能に案内される第１摺動体９を具え る。この第１摺動体９はＸ方向に垂直なＺ方向に平行に延びる真直ぐな案内路１ １を具える。これも図１に示していない静流体軸受によって第１摺動体９の案内 路１１に沿って第２摺動体１３は移動可能に案内される。工作機械１の位置決め 装置１５は第２摺動体１３に固定されており、この位置決め装置１５は後に一層 詳細に説明するが、これも後に一層詳細に説明する方法でこの位置決め装置１５ により、工具、例えば切削工具１７を第２摺動体１３に対し相対的に移動させる ことができる。 駆動ユニット１９によって案内ブロック５の案内路７に沿って第１摺動体９を 移動可能にし、切削工具１７と共に位置決め装置１５をＸ方向に平行にフレーム ３に対し移動可能にする。駆動ユニット１９はＸ方向に平行に延びる駆動ロッド ２１を具え、この駆動ロッドを第１摺動体９に結合する。図１に線図的にのみ示 す多数の案内車輪２５によって、フレーム３に固定されたハウジング２３内に、 この駆動ロッドを案内する。ハウジング２３内に配置された電動機２９によって 駆動されるよう摩擦輪２７をハウジング２３内に支承し、予荷重を加えてこの摩 擦輪２７を駆動ロッド２１に圧着し、電動機２９によって駆動ロッド２１、及び 摩擦輪２７を介して、第１摺動体９をＸ方向に平行に移動可能にする。駆動ユニ ット３１によって第１摺動体９の案内路１１に沿い第２摺動体１３を移動可能に し、切削工具１７と共に位置決め装置１５をＺ方向に平行に第１摺動体９に対し 相対的に移動可能にする。駆動ユニット３１はＺ方向に平行に延びる駆動ロッド ３３を具え、この駆動ロッド３３を第２摺動体１３に結合すると共に、多数の案 内輪３７によって、第１摺動体９に固着されたハウジング３５内でこの駆動ロッ ド３３を案内する。ハウジング３５内に配置された電動機４１によって駆動され るよう摩擦輪３９をハウジング３５内に支承し、予荷重を加えてこの摩擦輪３９ を駆動ロッド３３に圧着する。従って、電動機４１によって、駆動ロッド３３、 及び摩擦輪３９を介して、Ｚ方向に平行な方向に第２摺動体１３を移動可能にす る。 図１に更に示すように、工作機械１はＺ方向に平行に延びるスピンドル４３を 具え、Ｚ方向に平行に指向する回転軸線４５の周りにこのスピンドル４３を回転 自在にする。スピンドル４３をフレーム３の軸受ブロック４７内に支承し、ラジ アル静流体軸受４９によってＺ方向に垂直にこのスピンドル４３を支持し、アキ シャル静流体軸受５１によってＺ方向に平行にスピンドル４３を支持する。図１ に線図的にのみ示した電動機５３によってスピンドル４３を回転させることがで きる。位置決め装置１５に向くスピンドル４３の端部５５に隣接して、この工作 機械１によって処理すべき加工片のための支持体５７をこのスピンドル４３に設 ける。この支持体は例えばよく知られた通常の三つ爪チャックである。 この工作機械１の位置決め装置１５の横断面を図２に示す。図２に示すように 、この位置決め装置１５は中心線６１を有するほぼ回転対称なハウジング５９を 具える。図１に明らかなように、ねじ連結６５によって第２摺動体１３に固定し 得る脚６３をハウジング５９に設ける。図１に示す工作機械１を組み立てるに当 たり、位置決め装置１５のハウジング５９を第２摺動体１３に固定し、ハウジン グ５９の中心線６１がＺ軸線、及びスピンドル４３の回転軸線４５に平行に延在 するようにする。図２に更に示すように、位置決め装置１５は切削工具１７を固 定することができる工具ホルダ６７を具える。図２に示すように、工具ホルダ６ ７は中心線６１に垂直に延びる取付け板６９を具え、ねじ連結７１によって切削 工具１７を取付け板６９に固定し得るようにし、更に継手ブッシュ７３を中心線 ６１に同心に配置する。中心線６１に垂直に延びる２個の平行な環状隔膜７５、 ７７によって継手ブッシュ７３をハウジング５９内に懸垂する。この２個の隔膜 の共通中心線はハウジング５９の中心線６１に合致している。隔膜７５、７７は 中心線６１に垂直な方向には比較的剛性が高いが、中心線６１に平行な方向には 弾性変形可能である。取付け板６９に向く継手ブッシュ７３の端部に隣接して位 置している隔膜７５は継手ブッシュ７３と一体に形成されており、ねじ連結７９ によってハウジング５９に固定されている。継手ブッシュ７３の他端に隣接して 位置している隔膜７７はねじ連結８１によって継手ブッシュ７３に固定されてお り、他のねじ連結８３によってハウジング５９に固定されている。また、ねじ連 結７９は中心線６１に垂直に延びる環状カバー板８５をハウジング５９に固定す るためにも使用されている。カバー板８５の内側リム９１の環状溝８９内にＯリ ング８７を設ける。Ｏリング８７は予荷重を加えて取付け板６９の外側リム９３ に圧着しており、例えば金属粒子、又は潤滑剤のような汚れに対してハウジング ５９ の内部空間を防護する。 図２に更に示すように、継手ブッシュ７３の内側に積層圧電アクチュエータ９ ５を位置させる。積層圧電アクチュエータ９５はブッシュ状で、中心線６１に同 心に配置されている。この積層圧電アクチュエータ９５は中心線６１に対し垂直 に延在するそれ自身既知の通常の環状圧電素子９７の積層体から成る。ねじ連結 １０１によってハウジング５９に固定されたこのハウジング５９の後壁９９と取 付け板６９との間に圧電アクチュエータ９５を固定し、クランプする。電気接続 線１０５を介して圧電素子９７に接続された制御可能な電圧源１０３によって圧 電素子９７を作動させることができる。圧電素子９７は中心線６１に平行な方向 の厚さを有し、この厚さは圧電素子９７を作動させると増大する。従って、この 圧電アクチュエータ９５は圧電素子９７を作動させた時、増大する長さであって 中心線６１に平行な長さを有する。圧電アクチュエータ９５が取付け板６９と後 壁９９との間にクランプされており、中心線６１に平行に弾性変形し得る隔膜７ ５、７７によって取付け板６９がハウジング５９内に懸垂されているから、圧電 素子９７の作動によって、切削工具１７と共に取付け板６９は中心線６１に平行 に移動する。圧電素子９７を作動させた時、中心線６１上に位置する切削工具１ ７の作用点１０７は中心線６１に沿って移動する。環状圧電素子９７は円周方向 に関し均一に作動するから、圧電素子９７の作動によって生ずる圧電素子９７の 厚さの増大は圧電素子の円周に沿って均一である。従って、圧電素子９７が作動 すると、切削工具１７を有する取付け板６９には、中心線６１に合致する作用線 を有する力が圧電アクチュエータ９５によって作用する。 図２に更に示すように、それ自身既知の通常の誘導位置センサ１０９をブッシ ュ状圧電アクチュエータ９５内に位置させる。ハウジング５９の後壁９９に固定 されたスリーブ１１１内にこの位置センサ１０９を取り付ける。切削工具１７の 取付け板６９の後面１１３と、位置センサ１０９の前面１１５との間の距離は位 置センサ１０９によって測定される。図２に示すように、位置センサ１０９は位 置決め装置１５の電気制御器１１７に電気信号Ｕ_ZZPを供給する。この電気信号 Ｕ_ZZPは位置センサ１０９によって測定される位置によって決定される値を有す る。電気制御器１１７はそれ自身既知の通常のフィードバック制御器であり、こ れにより圧電アクチュエータ９５の電圧源１０３を制御し、その結果、工作機械 １の操作者の希望に応じて、圧電アクチュエータ９５によって切削工具１７の作 用点１０７を中心線６１上の順次の位置に移動させる。図１にも制御器１１７を 示し、この制御器１１７は電気信号Ｕ_ZPを受信するための電気入力部１１９を有 する。この電気信号Ｕ_ZPの値は位置決め装置１５の中心線６１上の作用点１０７ の希望する位置によって決定される。図１に示すように、工作機械１の操作者に よってプログラミングすることができる電気制御ユニット１２１によって電気信 号Ｕ_ZPは供給される。この電気制御ユニット１２１は電気信号Ｕ_XXを受信するた めの第１電気入力部１２３と、電気信号Ｕ_φφを受信するための第２電気入力部 １２５とを有する。電気信号Ｕ_XXはそれ自身既知の通常の光学位置センサ１２７ によって供給される。この光学位置センサ１２７は位置決め装置１５による第１ 摺動体９のＸ方向の位置を測定する。一方、電気信号Ｕ_φφはそれ自身既知の通 常の角度センサ１２９によって供給される。この角度センサ１２９はスピンドル ４３の回転角φを測定する。電気制御ユニット１２１は電気信号Ｕ_Xを供給する ための第１電気出力側１３１と、電気信号Ｕ_Zを供給するための第２電気出力部 １３３と、電気信号Ｕ_ZPを供給するための第３電気出力部１３４とを有する。ま た信号Ｕ_Xと信号Ｕ_Zとは第１摺動体９の希望するＸ方向位置と、第２摺動体１３ の希望するＺ方向位置とにそれぞれ対応する。信号Ｕ_Xはそれ自身既知の通常の 他のフィードバック制御器１３５に供給され、このフィードバック制御器１３５ は入力信号として上記の信号Ｕ_XXを有する。第１摺動体９の測定されたＸ方向位 置が希望するＸ方向位置に等しくなるよう、この信号Ｕ_XXによって第１摺動体９ の駆動ユニット１９の電動機２９を駆動する。信号Ｕ_Zはそれ自身既知の通常の 他のフィードバック制御器１３７に供給される。このフィードバック制御器１３ ７は電気信号Ｕ_ZZを受信する電気入力部１３９を有する。信号Ｕ_ZZはそれ自身既 知の通常の光学位置センサ１４１によって供給される。位置決め装置１５による 第２摺動体１３のＺ方向位置はこの光学位置センサ１４１が測定する。第２摺動 体１３のこの測定されたＺ方向位置が希望するＺ方向位置に等しくなるように、 制御器１３７は第２摺動体１３の駆動ユニット３１の電動機４１を制御する。工 作機械１の使用者によって設定すべきプログラムに従って、制御ユニット１２１ は作動中に経過した時間ｔの関数としての信号Ｕ_Xと、測定されたＸ位置の関数 としての信号Ｕ_Zと、測定されたＸ位置、及び測定された回転角φの関数として の信号Ｕ_ZPとを、即ちＵ_X＝Ｕ_X（ｔ）、Ｕ_Z＝Ｕ_Z（Ｕ_XX）、及びＵ_ZP＝Ｕ_ZP（Ｕ_XX ，Ｕ_φφ）を決定する。このようにして、第１摺動体９、及び第２摺動体１３ の適切な制御の結果としてこの工作機械１により加工片には基本表面が与えられ 、位置決め装置１５の適切な制御により、回転軸線４５に対し非対称である構造 がこの基本表面上に与えられる。 工作機械１は以下に説明する本発明方法により動溝軸受を製造するために使用 される。図３ａはこのような動溝軸受１４３を断面で線図的に示す。この動溝軸 受１４３は外側軸受部片１４７内で回転可能な内側軸受部片１４５を有する。こ の内側軸受部片１４５は中心線１５１を有する中心軸１４９を持ち、軸１４９と 一体に形成したディスク１５３を中心線１５１に同心に配置し、これも中心線１ ５１に同心に配置した軸受ディスク１５５を軸１４９に固定する。中心軸１４９ は円筒状外壁１５７を有し、この外壁上に第１パターンの溝１５９と、第２パタ ーンの溝１６１とを軸線方向に互いに離間して設ける。これ等溝１５９、１６１ のパターンは共に杉綾の形状であり、それぞれの杉綾は多数の順次の対の溝１６ ３ａ、１６３ｂを有し、これ等溝をＶ字状に相互に等間隔に配置している。軸受 ディスク１５５は中心線１５１に垂直に延びる２個の平行な環状軸受面１６５、 １６７を有する。図３ｂは内側軸受部片１４５の軸受ディスク１５５の軸受面１ ６７を正面図で示す。図３ｂに示すように、この溝１６９のパターンも杉綾の形 状であり、軸受面１６７上に多数の対の溝１７１ａ、１７１ｂを規則的に離間し てＶ字状に配置している。更に、軸受面１６７上の溝１６９のパターンに対応す る溝１７３のパターンが軸受面１６５上にある。外側軸受部片１４７は平滑な内 壁１７７を有する円筒状貫通孔１７５を持つ。外側軸受部片１４７の内壁１７７ と内側軸受部片１４５の中心軸１４９の外壁１５７との間には軸受間隙１７９が ある。外側軸受部片１４７の平滑な内壁１７７に組み合わせて、中心軸１４９上 の溝１５９、１６１のパターンは半径方向動溝軸受１８１を形成しており、これ により中心線１５１に垂直な方向に外側軸受部片１４７に対し内側軸受部片１４ ５を支承する。更に、中心線１５１に対し垂直に延びる環状の平滑な軸受面１８ ５により、また中心線１５１に対し垂直に延びる平滑な軸受面１８７により区切 られた室１８３を外側軸受部分１４７は有する。図３ａに示すように、外側軸受 部片１４７に固定され室１８３を閉じている閉塞板１８９上に軸受面１８７を設 ける。内側軸受部片１４５の軸受面１６５と外側軸受部片１４７の軸受面１８５ との間に軸受間隙１９１があり、内側軸受部片１４５の軸受面１６７と外側軸受 部片１４７の軸受面１８７との間に軸受間隙１９３が存在する。外側軸受部片１ ４７の平滑な軸受面１８５、１８７に組み合わせて内側軸受部片１４５の軸受デ ィスク１５５上の溝１７３、１６９のパターンによって軸線方向動溝軸受１９５ を形成しており、これにより中心線１５１に平行な方向に外側軸受部片１４７に 対し内側軸受部片１４５を支承する。 図３ｃは本発明方法により、動溝軸受１４３の内側軸受部片１４５の軸受ディ スク１５５に工作機械１によって溝１６９のパターンをどのようにして与えるか を示している。この目的のため、処理すべき軸受面１６７がスピンドル４３の回 転軸線４５に垂直になるよう軸受ディスク１５５を支持体５７に固定する。図３ ｃに示すように、位置決め装置１５がＸ＝Ｏの位置にある時、位置決め装置１５ の中心線６１はスピンドル４３の回転軸線４５に合致している。個々の溝１７１ ａ、１７１ｂを有し軸受面１６７上に設けるべき溝１６９のパターンは図３ｃに 破線で一部示されている。本発明方法においては、処理すべき軸受ディスク１５ ５と共に支持体５７を例えば図３ｃに矢印１９７によって示す一定方向に回転さ せる。第１に、この方法において軸受面１６７を平滑にするが、その目的のため 、図３ｃに示す半径１９９に従って、Ｘ方向に平行に、軸受面１６７に沿って切 削工具１７の作用点１０７を移動させる。この時、信号Ｕ_ZPは零であり、切削工 具１７は第２摺動体１３に対する一定位置にある。次に切削工具１７の作用点１ ０７を半径１９９にそって軸受面１６７上にもう一度移動させる。軸受ディスク １５５と共に支持体５７を一定方向に回転させ、切削工具１７を半径１９９に沿 って移動させるから、切削工具１７の作用点１０７は半径が徐々に増大する円形 通路に沿い軸受ディスク１５５に対し相対的に移動する。このような円形通路の 一部２０１を図３ｃに鎖線にて示し、この通路２０１は設けるべき溝１６９のパ ターンの個々の溝１７１にかわるがわる交差する。本発明方法においては、設け る べき順次の溝１７１に交差する度毎に、切削工具１７が第２摺動体１３に対し相 対的にＺ方向に平行な短い「はつり」運動を行うよう工作機械１の制御ユニット １２１をプログラミングする。従って切削工具１７がこの個々の溝１７１を通過 する度に、各個々の溝１７１の僅かな部分が切削工具１７によって処理される。 溝１７１の希望する深さの値に応じて、切削工具１７が最初に通過する間に、各 個々の溝１７１のこの部分の希望する深さに既に達していることもあれば、切削 工具１７が半径１９９に沿って何回も移動して、その度に個々の溝１７１を少し づつ深くする必要があることもある。支持体５７の回転周波数と軸受ディスク１ ５５の軸受面１６７上に設けるべき溝１７１の数との積によって決定される周波 数をもって、処理すべき軸受ディスク１５５に対してＺ方向に平行に、位置決め 装置１５により切削工具１７を周期的に移動させる。例えば、図３ｃに示す実施 例において支持体５７の回転周波数が１０００rpm(16.67Hz)であり、溝１７１ａ 、１７１ｂの対の数が例えば３６であれば、切削工具の周期的運動の必要な周波 数は17.600 Hzになる。このようにして支持体５７を回転している間、溝１７１ を比較的短い時間に同時に形成することができる。図３ｃに示す実施例において 、軸受ディスク１５５の直径が３０ｍｍであれば、約４分の処理時間を要するの みである。 第１摺動体９と第２摺動体１３とによって切削工具１７を動かして、軸受面１ ６７の平滑な基本表面を設けると共に、位置決め装置１５によって切削工具１７ を移動させて溝１６９のパターンを設けるから、希望する溝１７１の深さによっ て決定される比較的小さい振幅、例えば数十ミクロンの振幅の運動を位置決め装 置１５は行うだけでよい。溝１７１の深さが比較的小さい場合には、切削工具１ ７の周期的運動のために比較的高い周波数を達成することができる。支持体５７ の回転周波数と、設けるべき溝１７１の数との積によって、切削工具１７の周期 的運動の周波数が決定されるから、本発明方法は支持体５７の高い回転周波数を 達成することができ、従って短い処理時間を達成することができる。更に、支持 体５７の高い回転周波数は切削工具１７の比較的高い切削速度となるから、軸受 面１６７、及び溝１７１の良好な表面品質を達成し、また軸受面１６７の後処理 を一般に不必要にすることができる。 積層圧電アクチュエータ９５を有する位置決め装置１５は上述したように比較 的高い周波数、及び比較的小さな振幅の切削工具１７の移動を発生させるのに非 常に適する。圧電アクチュエータ９５によって生ずる移動は非常に正確であり、 容易に制御することができる。その結果、軸受面１６７、及び溝１７１の両方は 正確な形状を有する。圧電アクチュエータ９５の力の作用線に中心線が合致する 隔膜７５、７７によって位置決め装置１５のハウジング５９に工具ホルダ６７を 固定しているから、位置決め装置１５の中心線６１に垂直な方向へのアクチュエ ータ９５の固定は特に強固である。このことは、切削工具１７の全ての達成可能 な位置における位置決め装置１５の中心線６１にアクチュエータ９５の力の作用 線が合致していることを意味し、いかなる機械加工力が発生しようとも、切削工 具１７の作用点１０７は中心線６１上に正確に留まる。相互に同心に位置してい る継手ブッシュ７３、圧電アクチュエータ９５、スリーブ１１１、及び位置セン サ１０９を有する位置決め装置１５の構造は特にコンパクトである。切削工具１ ７の位置はその作用点１０７に対して非常に厳密に測定される。これは位置セン サ１０９が切削工具１７の取付け板６９の後面１１３と位置センサ１０９の前面 １１５との間の距離を測定するからである。従って、この測定は圧電アクチュエ ータ９５、又は継手ブッシュ７３の変形により影響を受けず、その結果、特に正 確である。 図３ｄは本発明方法により製造される軸受ディスク１５５の溝１７１の横断面 が波形であることを示す。圧電アクチュエータ９５によって切削工具１７に作用 する力は限定された値であるから、切削工具の周期的運動の単一サイクル中に形 成すべき溝１７１を切削工具１７が通過する時、軸受面１６７に対する切削工具 １７の位置は一般に徐々に変化する。その結果、溝１７１の側壁２０３は軸受面 １６７に対して傾斜しており、これ等側壁２０３は鋭い角度を形成することなく 、滑らかな遷移部２０５、２０７を介して軸受面１６７、及び溝１７１の底部２ ０９内に連なっている。切削工具１７の周期的な運動における単一サイクル中の 軸受面１６７に対する切削工具１７の位置の変化によって溝１７１の横断面の形 状が決定される。この位置の変化は工作機械１の使用者によってプログラミング することができるから、例えば種々の横断面の溝、又は横断面が一定でない溝を 有 する動溝軸受を本発明方法によって製造することができる。また、溝１７１の側 壁２０３と軸受面１６７との間の滑らかな遷移部２０５は、動溝軸受１４３を始 動させている間、この動溝軸受１４３の軸受面１６５、１８５と軸受面１６７、 １８７との間のそれぞれの軸受間隙１９１、１９３に比較的迅速に圧力を発生さ せることがわかった。その結果、この動溝軸受１４３を始動させている間、まだ 比較的低速で軸受面１６５、１８５、及び軸受面１６７、１８７が相互に分離す る。そのため、始動中に機械的摩擦に起因する軸受面１６５、１６７、１８５、 １８７の摩擦はできるだけ限定される。 図３ｅは図３ａに示す動溝軸受１４３の軸受ディスク１５５のための代案の溝 のパターン２１３の多数の溝２１１の横断面である。位置決め装置１５によって 切削工具１７をＺ方向に平行に正弦波状運動になるよう周期的に移動させて、こ の横断面を達成させることができる。この実施例の軸受ディスク１５５は円周方 向に見て正弦波状の横断面を有する軸受面２１５を有し、溝２１１間にあるラン ド２１７と組み合わせて溝２１１は正弦波状の横断面を有する。切削工具１７に よって行われる最も単純な周期運動は第２の一層高い調和運動成分を生じない正 弦波運動であるから、切削工具１７のこの運動のために必要な圧電アクチュエー タ９５の駆動力は最少である。従って、切削工具１７の正弦波状運動の場合に、 切削工具１７の比較的高い周波数の周期運動が達成され、支持体５７の或る回転 周波数が与えられると、軸受面２１５に最大数の溝が得られる。圧電アクチュエ ータ９５によって発生する移動は非常に正確であるから、ランド２１７の頂点２ １９は相互にほぼ等しい高さを有する。頂点２１９とこれに対向する軸受面１８ ７との間が機械的に接触する危険は非常に小さく、この結果、比較的高さが低い 軸受間隙１９１、１９３を使用することができ、この動溝軸受１４３は軸線方向 に非常に剛固である。 図４ａはカセット形ハウジング２２３を有するデータ記憶ユニット２２１を示 し、電気駆動ユニット２２９によって回転軸線２２７の周りに情報ディスク２２ ５を回転可能にする。この情報ディスク２２５は、例えば磁気層を有するいわゆ るハードディスクであり、この中に情報を記憶するか、又は線図的に示した走査 ユニット２３１によってこのハードディスクから情報を読み取ることができる。 このカセット形ハウジング２２３は情報ディスク２２５の両側にこのディスク２ ２５に平行に延在する２個の主壁２３３、２３５と、これ等主壁２３３、２３５ に相互に連結する４個の側壁とを有する。図４ａには２個の側壁２３７、２３９ のみが見えている。ハウジング２２３の各主壁２３３、２３５に外側軸受部片２ ４１、２４３を固定する。これ等外側軸受部片２４１、２４３は回転軸線２２７ の方向に見て相互に対向して配置され、球状軸受面２４５、２４７をそれぞれ有 し、これ等球状軸受面上に溝２４９、２５１のパターンを設けている。情報ディ スク２２５は駆動ユニット２２９の磁気ロータ２５３に固定されている。ロータ ２５３に２個の平滑ボール２５５、２５７を設ける。これ等平滑ボール２５５、 ２５７は外側軸受部片２４１、２４３と共に２個の動溝軸受２４２、２４４を形 成しており、これ等動溝軸受２４２、２４４によって回転軸線２２７に垂直な方 向と平行な方向とにハウジング２２３内に情報ディスク２２５を支承する。更に 、駆動ユニット２２９に２個の電気コイルシステム２５９、２６１を設け、これ 等コイルシステムを主壁２３３、２３５に固定する。以下に一層詳細に説明する ように、本発明方法により、上記動溝軸受２４２、２４４の外側軸受部片２４１ 、２４３を製造することができる。このデータ記憶ユニット２２１はコンパクト で、軽量で、寸法が小さい構造であり、微小化に非常に適している。この情報デ ィスク２２５は例えば数ｃｍの直径を有し、ハウジング２２３は数ｍｍの厚さを 有する。本発明方法はこのコンパクトデータ記憶ユニットに必要な動溝軸受２４ ２、２４４を製造するのに非常に適している。これは圧電アクチュエータ９５に よって切削工具１７の非常に正確な移動が行われ、更にこのようなコンパクトデ ータ記憶ユニットの大量生産に必要なことであるが比較的短い処理時間を達成で きるからである。 図４ｂは本発明方法により、データ記憶ユニット２２１の動溝軸受２４２の外 側軸受部片２４１にどのようにして溝２４９のパターンを設けるかを示す。この 目的のため、外側軸受部片２４１を工作機械１の支持体５７に固定し、外側軸受 部片２４１の回転軸線２２７をスピンドル４３の回転軸線４５に合致させる。球 状軸受面２４５上に設ける溝２４９のパターンを図４ｂに破線にて示す。この設 ける溝２４９もＶ字状に配置された杉綾状の溝のパターン２６３を有する。図４ ｂに示すように、溝２４９のパターンを球状軸受面２４５の球状セグメント上に 設け、球状軸受面２４５の第１円の範囲２６５と第２円の範囲２６７との間にこ のパターンを延在する。球状軸受面２４５の中心２６９に対して第１円の範囲２ ６５、及び第２円の範囲２６７はそれぞれ例えば２０度、及び７０度の角度であ る。本発明においては、外側軸受部片２４１を一定方向に回転し、球状軸受面２ ４５を第１に平滑に処理する。この目的のため、第１摺動体９、及び第２摺動体 １３を適切に移動させることによって、図４ｂに示す四分の一円２７１上にわた り軸受面２４５に沿って切削工具１７の作用点１０７を移動させる。この作動中 、切削工具１７は第２摺動体１３に対し一定位置にある。次に、切削工具１７の 作用点１０７を軸受面２４５の第１円の範囲２６５と第２円の範囲２６７との間 にある四分の一円２７１の一部上にわたりもう一度移動させ、その間に、図３ｃ を参照して説明した方法に相当する方法で軸受面２４５に溝のパターン２４９を 設ける。軸受面２４５が球状であり、位置決め装置１５が第２摺動体１３上の一 定位置に固定されているから、切削工具１７の周期的運動はいたるところで軸受 面２４５に対し垂直に指向することがない。図４ｂに示すように、位置決め装置 １５の中心線６１はＺ方向に対し約４５度の角度をなしている。もしも、切削工 具１７の作用点１０７が第１円の範囲２６５、又は第２円の範囲２６７にあれば 、位置決め装置１５の中心線６１は軸受面２４５に対する垂線に約２５度の角度 をなすと共に、切削工具１７の作用点１０７が第１円の範囲２６５と第２円の範 囲２６７との間にあれば、中心線６１と軸受面２４５への垂線とによってなす角 は２５度より小さい。切削工具１７のような通常の工具による場合は、表面への 垂線に対し２５度の角度でその表面を加工することができるから、スピンドル４ ３の回転軸線４５に対し約４５度の一定角度に位置決め装置１５を配置し、第１ 円の範囲２６５と第２円の範囲２６７との間の軸受面２４５の全体の球状セグメ ント、即ち全軸受面２４５の比較的大きな部分を切削工具１７によって機械加工 することができる。従ってこの工作機械１は位置決め装置１５と第２摺動体１３ との間に、角度φを調整できる摺動体を設ける必要がない。これに関連して、請 求の範囲の請求項１の「軸受面に対し横方向に平行」の表現は軸受ディスク１５ ５の実施例におけるように、軸受面に対し垂直な方向だけでなく、軸受面への垂 線 に対し、例えば最大で３０度の鋭角をなす方向をも意味している。 既に論じた本発明方法の上記の実施例では、組み合わせた軸線方向軸受力、及 び半径方向軸受力を受けるアキシアル動溝軸受１９５の軸受ディスク１５５と動 溝軸受２４２の外側軸受部片２４１とを工作機械１によって製造する。また本発 明方法により、専ら半径方向軸受力を受ける動溝軸受を製造することもできる。 従って、例えば溝１５９、１６１のパターンを、本発明方法により図３ａに示す ラジアル動溝軸受１８１の中心軸１４９上に設けることもできる。この目的のた め、位置決め装置１５の中心線６１がスピンドル４３の回転軸線４５に垂直にな るように、切削工具１７と共に位置決め装置１５を第２摺動体１３に固定してこ の工作機械を使用してもよい。 上述のアキシアル動溝軸受１９５の軸受ディスク１５５は溝軸受１９５の内側 軸受部片であり、上述の軸受部片２４１は動溝軸受２４２の外側軸受部片である 。従って、動溝軸受の内側軸受部片と外側軸受部片の両方に、本発明方法により 溝のパターンを設けてもよい。更に、本発明方法は上述したように杉綾状の溝の パターンだけでなく、例えば螺旋状のパターンを有する溝を設けることもできる 。 更に、本発明方法は工作機械１だけでなく、種々の工作機械によっても実施す ることができる。その例としては、製造すべき軸受部片と工具との相互の周期的 運動を、製造すべき軸受部片の支持体の周期的運動によって達成する工作機械が ある。更に、例えば位置決め装置１５のハウジング５９に固定された電気コイル システムと、工具ホルダ６７に固定された磁石とを有する電磁アクチュエータの ような異なるアクチュエータによって、切削工具１７の位置決め装置１５内の圧 電アクチュエータ９５を置き替えてもよい。 上述の実施例においては、軸受ディスク１５５の平軸受面１６７と、外側軸受 部片２４１の球状軸受面２４５とを本発明方法により処理している。他の形状の 軸受面にも本発明方法により溝のパターンを設けることができる。例として挙げ れば、組み合わせた軸線方向軸受作用と半径方向軸受作用とを受ける動溝軸受の 円錐軸受面を挙げることができる。この場合の位置決め装置１５の中心線６１が スピンドル４３の回転軸線４５となす角度は、切削工具１７の周期的運動と、機 械加工すべき軸受面上の垂線とによってなす最大角ができるだけ小さくなるよう な角度にすべきである。この場合、位置決め装置１５の中心線６１とスピンドル の回転軸線４５との間の角度を４５度以外の角度にすることも明らかに可能であ る。 最後に、本発明方法により製造された動溝軸受は上述のデータ記憶ユニット以 外の装置にも使用することができる。例としては、磁気テープユニットの磁気テ ープを読み、又は書込むための回転可能な走査ユニット、又はレーザプリンタの 回転自在の多角形ミラーがある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．工作機械の回転自在の支持体に第１軸受部片を固定し、この支持体を回転さ せながら工作機械の位置決め装置により金属除去工具と前記第１軸受部片とを互 いに相対的に移動させ、協働する軸受面を前記第１軸受部片と、第２軸受部片と に前記金属除去工具により設けると共に、溝パターンを前記第１軸受部片の軸受 面に前記金属除去工具により設け、互いに相対的に回転し得る第１軸受部片と第 ２軸受部片とを有する動溝軸受を製造するに当たり、前記支持体を一定方向に回 転させながら、この支持体の回転周波数と、前記第１軸受部片の軸受面に設ける べき溝の数との積によって決定される周波数で、金属除去工具と前記第１軸受部 片とをこの第１軸受部片の軸受面に対し横方向に平行に相互に相対的に周期的に 移動させることを特徴とする動溝軸受の製造方法。 ２．金属除去工具と前記第１軸受部片とをこの第１軸受部片の軸受面に対し横方 向に平行に相互に相対的に周期的に、正弦波状運動に従って移動させることを特 徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記第１軸受部片と第２軸受部片とに球状軸受面を設け、金属除去工具と前 記第１軸受部片とを前記支持体の回転軸線に対し傾斜する方向に平行に相互に相 対的に周期的に移動させることを特徴とする請求項１、又は２に記載の方法。 ４．金属除去工具と前記第１軸受部片とをこの第１軸受部片の軸受面に対し横方 向に平行に相互に相対的に周期的に、積層圧電アクチュエータによって移動させ ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。 ５．金属除去工具を前記位置決め装置の工具ホルダに固定し、この工具ホルダを 弾性変形可能な２個の環状隔膜によって前記位置決め装置のハウジングに固定し 、これ等環状隔膜を前記圧電アクチュエータの力の作用線に垂直に延在し、これ 等環状隔膜の共通中心線を前記圧電アクチュエータの力の作用線に合致させるこ とを特徴とする請求項４に記載の方法。 ６．前記力の作用線に対し同心に位置し前記工具ホルダの一部を形成している継 手ブッシュによって前記隔膜を相互に結合すると共に、前記圧電アクチュエータ をブッシュ状にして前記継手ブッシュ内に同心に位置させ、ブッシュ状の前 記圧電アクチュエータの内側に配置された位置センサによって、前記力の作用線 に平行に指向する前記金属除去工具の軸線方向位置を測定し、前記力の作用線に 平行に指向する前記工具ホルダの軸線方向位置を前記位置センサによって検出す ることを特徴とする請求項５に記載の方法。 ７．球状軸受面を設けた２個の動溝軸受によってカセット形ハウジング内に回転 自在に支持された情報ディスクと、この情報ディスクに協働する走査ユニットと を具え、前記情報ディスクの両側にこの情報ディスクに平行に延在する前記ハウ ジングの２個の主壁のおのおのに前記２個の動溝軸受のおのおのの外側軸受部片 を固定したデータ記憶ユニットにおいて、前記動溝軸受を請求項３に記載の方法 で製造したことを特徴とするデータ記憶ユニット。