JPH1177442A - テーパ軸のテーパ面への動圧溝のプレス成形法及び装置及び金型 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ラジアル方向とスラスト方向の２方向の負荷を
支持できる動圧流体軸受け用のテーパ軸に、容易に動圧
溝をプレス成形する方法及び装置を提供する。 【構成】動圧溝の被成形テーパ軸を２個のサポートロー
ラと動圧溝が成形された金型とで、テーパ軸とサポート
ローラの円錐面の頂点が金型の軸心上の１点で一致する
ように３点支持する。さらに２個のサポートローラは金
型の軸心の直線上にその軸心がある円錐台上のバックア
ップローラにより支持される。サポートローラは金型及
びバックアップローラに対して、金型の軸心周りに相対
的に旋回できるよう保持器に保持されている。テーパ軸
を適当な量金型に押し込んで、サポートローラを金型の
軸心周りに相対的に回転運動させて、テーパ軸を金型の
動圧溝成形面上を転がしてテーパ軸のテーパ面に動圧溝
をプレス成形する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体動圧軸受け用
のテーパ軸にスパイラルあるいはへリングボーン状の動
圧溝を成形する方法に係わり、高速で簡単なテーパ軸へ
の動圧溝のプレス成形法、装置及び金型に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の、流体軸受けに用いられている軸
にスパイラルあるいはへリングボーン状の動圧溝を成形
する装置としては、例えば特開昭６３ー２８０９１４に
見られる図１１に示す方法がある。この方法は、円板状
硬質体の外周に動圧溝を成形した金型１０１を、ローラ
１０２により支持された軸１０３に圧力を加えて押し付
け、金型を回転させることにより、軸１０３の外周に動
圧溝を成形するものである。この方法では、直径が一様
な円柱状の軸には動圧溝の成形が可能であるが、テーパ
軸には成形ができない。プレス加工以外で軸の外周面に
動圧用の微細な溝を成形する方法には、エッチングある
いはレーザ加工法があり、これらの方法はテーパ軸にも
適用できるが、加工能率が低く生産性がよくない、また
溝の深さが安定しないことや、成形溝の形状精度が悪い
等の問題点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は、上記した
従来技術の欠点をなくし、テーパ軸の側面全周に動圧溝
を高能率高精度に成形する方法、装置及び成型用金型の
提供を目的とするものである。

【０００４】

【問題点を解決するための手段】円周方向に転写したい
動圧溝を成形した円板状あるいは円錐台状の金型と、該
金型の軸心と同一直線上にその軸心が来るように円錐台
上のバックアップローラをサポートローラの支持部に対
し相対的に回転できるように配置する。被成形体である
テーパ軸を、保持器内に回転自由に保持された硬質のテ
ーパ状のサポートローラ２個で支持しながら、金型とバ
ックアップローラ間に狭持する。このとき円錐台上のバ
ックアップローラの円錐面が２個のサポートローラの円
錐面と接するように、さらにテーパ軸、サポートロー
ラ、バックアップローラのすべての円錐面の頂点が、金
型の軸心上の１点で一致するように配置する。次にテー
パ軸を金型の動圧溝成形面に強く圧接しながら、動圧溝
成形面上を転がす。

【０００５】

【作用】金型とテーパ軸を互に強く押しつけながら、テ
ーパ軸を金型の動圧溝成形面上を転がすと、テーパ軸の
頂点は金型の軸心に一致しているので、テーパ軸は金型
の動圧溝成形面上を金型の軸心の回りに滑り無く転が
り、テーパ面に動圧溝を正確に成形することができる。

【０００６】

【実施例】以下、図示した実施例に基づき本発明を説明
する。図１、図２、図３及び図４は本発明の第１の実施
例で、図１は主要部全体の断面を示したものである。図
３は図１のａ〜ａ断面である。図１、図３に示すよう
に、テーパ軸２２が円筒状のシリンダ２０内に形成した
保持器２６内に回転自由にかつ相対位置が変わらないよ
うに側面が拘束されたテーパ形状のサポートローラ２１
ａ、２１ｂの間に支持されながら、テーパ面に円周方向
に動圧溝３１を成形した円錐台状の金型１と円錐台状の
バックアップローラ４により狭持されている。

【０００７】バックアップローラ４の円錐面、テーパ軸
２２及びサポートローラ２１a、２１b並びに金型１の母
線の仮想頂点は、図２に示すように金型の軸心上の１点
Ｏで交わる。そしてこれら４者の接触点の幾何学的位置
関係は、金型１の動圧溝成形面の内側半径をＲ１、外半
径をＲ２とし、これに接するテーパ軸２２のＰ点、Ｑ点
の直径をそれぞれｄ１、ｄ２とし、その頂角を２θとす
ると、

【０００８】

【数１】 ２Ｒ１＝ｄ１／ｓｉｎ（θ），

【０００９】

【数２】 Ｒ１／Ｒ２＝ｄ１／ｄ２

【００１０】の関係がある。またテーパ軸２２の金型１
との接触点Ｐ、Ｑ点に対応するサポートローラ２１のテ
ーパ軸２２との接触点Ｒ点及びＳ点における直径ｄｒ
１、ｄｒ２との間には、

【００１１】

【数３】 ｄｒ２／ｄｒ１＝ｄ２／ｄ１

【００１２】の関係があり、同様にバックアップローラ
４のサポートローラ２１との接触点Ｔ点及び、Ｕ点にお
ける半径ｒ１及びｒ２の間には、

【００１３】

【数４】 ｒ２／ｒ１＝ｄ２／ｄ１

【００１４】の関係がある。このような幾何学的位置関
係にテーパ軸２２と金型１及びバックアップローラ４及
びサポートローラ２１を保持して、テーパ軸を金型に強
く押しつけて、金型の動圧溝成形面上を転がすことによ
り、テーパ軸の外周面に動圧溝を転写できる。

【００１５】具体的な装置構成としては図１に示すよう
に、金型１はベース１２に固定されたコラム１０に固定
され、バックアップローラ４はベース１２に固定された
コラム１１にテーパローラベアリング１５、１６を介し
て、その軸心が金型１の軸心と同一直線上になるように
回転自由に取り付けられている。そして内部に保持部２
６を持つシリンダ２０とテーパローラベアリング１３を
内包するベアリングホルダ１９及びテーパローラベアリ
ング１４を内包するウォームホイール１７を介して金型
１とバックアップローラ４を回転自由に挟み込んだ構造
としている。

【００１６】ウォームホィール１７はウォーム１８にか
み合い、ウォーム１８は図示しないがベース１２に固定
されたモータ等の回転駆動装置の出力軸に結合されてい
る。

【００１７】シリンダ２０内の保持部２６には、図３に
示すように保持穴２７及び２８が設けてあり、それぞれ
の保持穴には２組のサポートローラ２１ａ、２１ｂ、及
び２１ａ’２１ｂ’が軸方向及び側面方向には拘束さ
れ、回転自由に保持されている。シリンダ２０の側壁に
は保持穴２７、２８がある方向に、ワーク入出穴２４、
及び２５が設けてある。

【００１８】金型１には図５に示すようにテーパ面に深
さ数十〜数百μｍの動圧溝３ａ、３ｂが成形されてお
り、さらに動圧溝成形面には切欠き３２ａ及び３２ｂが
設けてある。それぞれの切欠き３２ａ及び３２ｂの深さ
は、一方を、たとえば切欠き３２ａが、テーパ軸２２の
側面に所用深さの動圧溝を成形するために必要な押し込
み量に等しい量とし、他方の切欠き３２ｂをこれより若
干大きい量としている。この場合、切欠きの動圧溝内側
の幅をｈとすると、図２に示す金型とテーパ軸の幾何学
的な位置関係より、

【００１９】

【数５】 Ｒ１＝Ｒｓｉｎ（α）

【００２０】

【数６】 ｄ１／２＝Ｒｓｉｎ（θ）

【００２１】であり、テーパ軸の外周全面に動圧溝を成
形するためには、テーパ軸が一回転する長さより、金型
の動圧溝成形面の１／２から切欠き長さを引いた量を大
きくする必要がある。よって

【００２２】

【数７】 πｄ１≦πＲ１−ｈ

【００２３】となる関係が必要で、これに

【数５】及び

【数６】の関係を代入して、

【００２４】

【数８】 ２πＲｓｉｎ（θ）≦πＲｓｉｎ
(α)ーｈ

【００２５】これを整理して、

【００２６】

【数９】 ｓｉｎ（θ）≦｛πＲｓｉｎ
(α)ーｈ｝／２πＲ

【００２７】となる。

【数９】の関係が満足できるテーパ軸のとき、金型に切
欠きを動圧溝成形面の１８０度ずれた位置２カ所に設け
ることができる。

【００２８】次に本実施例の作用について説明する。切
欠き３２を上方に向けて金型１をコラム１に固定し、ワ
ーク入出穴２４からテーパ軸２２を金型１の切欠き３２
とサポートローラ２１の間に押し込む。ウォーム１８を
回転させると、ウォームホィール１７が金型１の軸心周
りに、たとえば時計回りに回転する。このとき図４に示
すように、シリンダ２０内の保持部２６が同図の矢印Ａ
の方向に回転すると保持穴２７内に保持されたサポート
ローラ２１ａ、２１ｂがバックアップローラ４上を転が
り、矢印Ｃ、Ｃ’の向きに回転する。これによりサポー
トローラ２１ａ、２１ｂに支持されたテーパ軸２２が矢
印Ｂの向きに回転して、金型１の動圧溝成形面３ａ上を
転がる。

【００２９】ところで金型１のパターン内半径Ｒ１とバ
ックアップローラ４の接触点Ｓにおける半径ｒ１とには
寸法差があるので、周速度に差があるため、その差分だ
けバックアップローラ４がサポートローラ２１との摩擦
力により矢印Ａ’方向へ転がり、テーパ軸と金型との間
で滑りがないようにしている。

【００３０】テーパ軸２２は金型１に強く押しつけられ
ているので、金型の表面に成形された動圧溝３ａがテー
パ軸２２の側面に転写成形される。シリンダ２０が１８
０度回転して、サポートローラ２１に支持されたテーパ
軸２２が下方に来ると、金型１の深い切欠き３２ｂの位
置になるため、もはやテーパ軸２２には保持力が働か
ず、ワーク入出穴２５から下方に重力で落下する。次に
この位置で上方のワーク入出穴２４より再びテーパ軸２
２を投入し、切欠き３２ａとサポートローラ２１間に押
し込んで、今度は逆方向すなわち反時計方向に回転させ
ると、上記と同様の操作により金型１の動圧溝成形面３
ｂによりテーパ軸のテーパ面に動圧溝を成形することが
できる。

【００３１】しかし、上記したように、

【数９】を満足できないすなわち頂角２θが概略６０度
以上のテーパ軸では、第２の切欠きの位置を第１の切欠
き位置より１８０度以上ずらす必要があり、この場合１
個のテーパ軸の動圧溝を成形・排出後に、シリンダ２０
を最初の位置へ戻し、次のテーパ軸を投入することにな
る。

【００３２】本発明の第２実施例を図６に示す。これ
は、上記第１実施例において金型１を円錐台形状として
いたものを、円板状として、その一端面に動圧溝を成形
したものである。他の構成及び作用は上記実施例１と全
く同様である。図８に金型形状を示す。金型は硬質材料
すなわちダイス鋼や、タングステンカーバイトを主成分
とする超硬合金、あるいはセラミックスなどで作られる
ため、その表面に動圧溝の微細形状をエッチング、放電
加工、レーザ加工などにより成形するが、成形面がテー
パ面のような曲面の場合、精度のよい形状を成形するこ
とがより難しくなる。そこで金型の動圧溝成形面を平面
とすることにより、動圧溝の成形が容易になる効果があ
る。

【００３３】また

【数９】からわかるように平面にすることにより、すな
わちα＝９０度とすることにより、動圧溝の成形半径Ｒ
１が最大となり、テーパ角の大きいテーパ軸に対しても
金型の動圧溝成形面の互いに１８０度離れた位置に切欠
きを設けることができる。すなわち

【数９】より、切欠き幅ｈが小さいとして無視できると
き、θ＜３０°の条件で第１の切欠きから１８０度以内
の位置に２個目の切欠きを設けることができる。θ≧３
０°では、２個めの切欠きの位置を第１の切欠き位置よ
り１８０度以上ずらす必要があり、この場合、１個のテ
ーパ軸の動圧溝を成形・排出後に、シリンダ２０を最初
の位置へ戻し、テーパ軸を投入することになる。

【００３４】本発明の第３実施例を図９に示す。これ
は、上記第１、２実施例において金型１とバックアップ
ローラ４の半径差による回転の速度差によるバックアッ
プローラ４の回転を、サポートローラとの摩擦力によっ
て行っていたものを、強制的に与えるようにしたもので
ある。バックアップローラ４の軸６にウォームホィール
３７が固定されており、ウォームホィール３７にはウォ
ーム３８が噛み合っている。ウォーム３８の軸に固定し
たプーリ４１とウォーム１８に固定したプーリ４０の間
をタイミングベルト４２により係合し、プーリ４１を回
転駆動しウォーム３８を回転することにより、テーパ軸
２２が金型１’の動圧溝成形面３１を転がるときの周速
度と、サポートローラ２０がバックアップローラ４上を
転がるときの周速度の差を補正する。この場合、テーパ
軸２２の回転がサポートローラ２１の回転とテーパ軸が
金型１’の動圧溝成形面３１を転がることにより与えら
れるので、テーパ軸の狭持力が小さい場合でも、滑るこ
となくテーパ軸２２を確実に金型１’の動圧溝成形面３
１上を転がすことができ、そのテーパ面上に動圧溝を成
形できる。

【００３５】本発明の第４実施例を図１０に示す。上記
第２、３実施例では、金型の動圧溝の成形面は平面で、
テーパローラが接触するサポート面は円錐であったが、
本実施例では、図１１に示すように動圧溝５２をもつ金
型５１をサポートローラ２１の円錐面と同一の頂角を持
つ円錐台形状としたものである。これにより金型５１の
テーパ軸に接する点と、バックアップローラ７４のサポ
ートローラ２１との接触点との相対速度差が無くなり、
バックアップローラ７４を回転させる必要が無くなり、
装置が間単になる。

【００３６】装置の構成は図１０に示すように、バック
アップローラ５６の軸にスペーサ４１を介して金型５１
が固定されている。金型５１がテーパローラベアリング
４３とバックアップローラ５６の軸５７がテーパローラ
ベアリング４４、４５を介して、ベース５０とシリンダ
４０内に回転自由に狭持されている。また軸５７にはウ
ォームホィール１７が固定されており、これにウォーム
１８が噛み合っている。ウォーム１８は、図示しないが
ベース５０に固定されたモータ軸に結合されている。上
記第１実施例と同様にサポートローラ２１がシリンダ４
０内に設けた保持部４１の扇状の保持穴に軸方向と側面
方向には拘束され、回転自由に保持されている。

【００３７】作用は、金型５１の切欠き５３がシリンダ
４０に設けたワーク入出穴３４の位置にあるとき、テー
パ部位外に直径が一様な軸部を持ったテーパ軸６０をワ
ーク入出穴３４から金型５１とサポートローラ２１間に
挿入する。ウォーム１８を回転し、これに噛み合うウォ
ームホィール１７を回転させて、金型５１及びバックア
ップローラ５６を旋回させると、サポートローラ２１は
保持穴内保持されているので、その場で回転する。サポ
ートローラ２１に支持されて金型５１に強く押しつけら
れたテーパ軸６０もその場で回転し、金型５１の旋回に
伴ってテーパ面に動圧溝が成形される。

【００３８】図１１は金型の形状を示したものである
が、金型５１には切欠き部５３に続いて深さの深い切欠
き５４が設けてある。これは頂角６０度以上のテーパ軸
に動圧溝を転造する場合の金型で、この場合、金型５１
への動圧溝の成形角度は２πｓｉｎ（θ）以上が必要で
ある。同図において切欠き５３の位置にテーパ軸を投入
し、動圧溝成形面５２上を転がし、切欠き５４の位置で
取り出す。

【００３９】このように、金型５１とバックアップロー
ラ５６を同一テーパ形状とすることにより、金型とバッ
クアップローラの相対速度差をなくすことができるの
で、バックアップローラを金型に対し一体に固定でき、
テーパ軸の位置を動かすことなく、動圧溝を成形できる
ので、この実施例にみるように、長軸のテーパ軸のテー
パ面への動圧溝の成形加工も可能である。また頂角の大
きいテーパ軸のとき、たとえば頂角９０度以上のとき、
円板状金型を用いた場合、バックアップローラ４の直径
がきわめて小さくなり、剛性が低下したり甚だしい場合
は、直径が０になる危険性があるなどの問題点を解決で
きる。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、これまでできなかった
テーパ面への動圧溝のプレス成形が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の要部断面図。

【図２】本発明の主要部品の幾何学的位置関係を示した
模式図

【図３】図１のａ〜ａ断面図。

【図４】本発明の第１実施例のテーパ軸支持部の要部斜
視図。

【図５】本発明の第１実施例の金型の斜視図。

【図６】本発明の第２実施例の要部断面図。

【図７】本発明第２実施例における主要部品の幾何学的
位置関係を示した模式図

【図８】本発明の第２実施例の円板状金型の斜視図。

【図９】本発明の第３実施例の要部断面図。

【図１０】本発明の第４実施例の要部断面図。

【図１１】本発明の第４実施例の円錐台状金型の斜視
図。

【図１２】従来の動圧溝成形法の要部正面図。

【符号の説明】

１、５１ 金型 ２、５、６、５５
主軸 ３、３１、５２ 動圧溝成形面 ４、５６ バックア
ップローラ ５、６、５７ 軸 １０、１１ コラム １２、５０ ベース １７、３７ ウォー
ムホィール １８、３８ ウォーム １９ ベアリングホ
ルダ ２０、４０ シリンダ ２１ サポートロー
ラ ２２、２３、６０ テーパ軸 ２４、２５、３４
ワーク入出穴 ２６、保持部 ２７、２８ 保持穴 ２９ キー ３０ セパレイター ３２、５３、５４ 切欠き ４０、４１ プーリ ４２ タイミングベルト ４６ 支柱 ４３、４４、４５ ベアリング ４２、８２、８８
シリンダ ４７、４８ ベアリング ５８ スペーサ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円周方向に深さ数〜数百μｍのへリング
   ボーン状あるいはスパイラル状の動圧溝を成形した金型
   １と、該金型の軸心と同一直線上にその軸心がくるよう
   に、かつ該金型に対し相対的に回転できるように支承し
   た円錐台状のバックアップローラ４の間に、テーパ軸２
   ２と２個のテーパローラ状のサポートローラ２１とを、
   テーパ軸のテーパ面が金型の動圧溝成形面に接するよう
   に、かつ２個のサポートローラのテーパ面がバックアッ
   プローラのテーパ面に接するように狭持し、さらに金
   型、バックアップローラ、サポートローラ、テーパ軸の
   すべてのテーパ面の母線の仮想頂天が金型とバックアッ
   プローラの軸心上の１点Ｏに一致するように配置し、被
   成形テーパ軸を金型の動圧溝成形面に所要量押し込ん
   で、転動させテーパ軸の側面に動圧溝を成形することを
   特徴とするテーパ軸への動圧溝のプレス成形法。
2. 【請求項２】 円周方向に深さ数〜数百μｍのへリング
   ボーン状あるいはスパイラル状の動圧溝を成形した円錐
   台状金型１と、該金型の軸心と同一直線上にその軸心が
   来るように該金型に対し相対的に回転できるように配置
   した円錐台状のバックアップローラ４と、テーパ軸２２
   を金型との間で狭持する２個のテーパローラ状のサポー
   トローラ２１と、該サポートローラを金型とバックアッ
   プローラ間にこれら３者と被成形テーパ軸の母線の仮想
   頂点が金型の軸心上の１点で一致するように、かつ該サ
   ポートローラの軸方向及び周方向には拘束し、その軸心
   回りの回転は自由に支承する保持部２６を有し、金型と
   バックアップローラをベアリング１３、１４を介して内
   包し、その側面にテーパ軸の投入穴２４と取出穴２５を
   設けたシリンダ２０と、該シリンダを金型の軸心回りに
   回転させる駆動手段を持つことを特徴とするテーパ軸の
   テーパ面への動圧溝のプレス成形装置。
3. 【請求項３】 円周方向に深さ数〜数百μｍのへリング
   ボーン状あるいはスパイラル状の動圧溝を成形した金型
   を円板状金型としたことを特徴とする請求項２のテーパ
   軸への動圧溝のプレス成形装置。
4. 【請求項４】 円錐台状のバックアップローラにシリン
   ダの回転に同期して回転させる駆動手段を設け、金型の
   動圧溝成形面上を転がるテーパ軸の周速度に対するバッ
   クアップローラの周速度の差分を補正することを特徴と
   する請求項２のテーパ軸への動圧溝のプレス成形装置。
5. 【請求項５】 円周方向に深さ数〜数百μｍのへリング
   ボーン状あるいはスパイラル状の動圧溝を成形した円錐
   台状の金型と円錐台状のバックアップローラのテーパ角
   を同一とし、該金型とバックアップローラをこれら２者
   の軸心が同一直線上にくるように固着し、これら２者を
   ベアリングを介して内包するシリンダに対して、金型と
   バックアップローラを一体回転させる駆動手段を設けた
   ことを特徴とする請求項２のテーパ軸への動圧溝のプレ
   ス成形装置。
6. 【請求項６】 円周方向に深さ数〜数百μｍのへリング
   ボーン状あるいはスパイラル状の動圧溝を成形した金型
   において、動圧溝成形面にテーパ軸のテーパ面に所要深
   さの動圧溝を成形するに必要な押し込み量に等しい深さ
   の切欠きと、該切欠きより若干深い切欠きを設けたこと
   を特徴とする金型。
7. 【請求項７】 円周方向に深さ数〜数百μｍのへリング
   ボーン状あるいはスパイラル状の動圧溝を成形した金型
   において、動圧溝成形面に、テーパ軸のテーパ面に所要
   深さの動圧溝を成形するに必要な押し込み量に等しい深
   さの切欠きと、該切欠きより若干深い切欠きを互いに１
   ８０度離れた位置に設けたことを特徴とする請求項６の
   金型。