KR101233307B1 - 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법 - Google Patents

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후꾸이 뵤라 가부시끼가이샤
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Abstract

플랜지부의 축방향 양측에 형성된 스러스트 베어링 간극에서의 압력 발란스를 단기에 회복할 수 있는 동압 베어링 장치용 축부재를 저가격에 제공한다. 공통의 단조 공정에서 축부(11)와 플랜지부(12)를 일체로 갖는 축소재(10)로 성형함과 아울러 축소재(10)의 플랜지부(12)에 그 양단면(12a, 12b)으로 개구되는 관통공(19)을 성형한다. 이 결과, 관통공(29)이 완성품으로서의 축부재(2)의 플랜지부(22)의 양단면에 형성된 스러스트 베어링 간극(W1, W2)을 회피하여 이 베어링 간극(W1, W2) 보다도 내경측으로 개구되도록 형성된다.
유체 베어링 장치용 축부재

Description

유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법{METHOD OF PRODUCING SHAFT MEMBER FOR FLUID BEARING DEVICE}
본 발명은 레이디얼 베어링 간극에 생성되는 유체의 윤활막으로 축부재를 레이디얼 방향으로 상대회전 가능하게 지지하는 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법에 관한 것이다.
이 종류의 유체 베어링은 베어링 간극내의 윤활유에 동압을 발생시키는 동압 발생 수단을 구비한 동압 베어링과, 동압 발생 수단을 구비하지 않는 소위 원통형 베어링(베어링면이 진원형인 베어링)으로 대별된다.
예컨대, HDD 등 디스크 구동 장치의 스핀들 모터에 조립되는 유체 베어링 장치에는 축부재를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부와, 축부재를 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 스러스트 베어링부가 설치되어 레이디얼 베어링부로서 베어링 슬리브의 내주면 또는 축부재의 외주면에 동압 발생용 홈(동압홈)을 형성한 베어링(동압 베어링)이 사용된다. 스러스트 베어링부로서는 예컨대, 축부재의 플랜지부의 양단면, 또는 이것에 대향하는 면(베어링 슬리브의 단면이나, 하우징에 고정되는 저부재의 단면, 또는 하우징의 저부의 내저면 등)에 동압홈을 형성한 동압 베어링이 사용된다(예컨대, 특허문헌 1 참조). 또는, 스러스트 베어링부로서 축부재의 일단면을 저부재에 의해 접촉 지지하는 구조의 베어링(소위 피봇 베어링)이 사용되는 경우도 있다(예컨대, 특허문헌 2 참조).
또한, 이 종류의 스핀들 모터에서는 자기 디스크 등의 디스크상 정보 기록 매체(이하, 단지 디스크라 함)를 디스크 허브와의 사이에 클램핑 고정하기 위한 클램퍼(clamper)가 축부재의 단부에 장착된다. 축부재로의 클램퍼의 장착은 축부재의 일단부에 형성한 나사 구멍에 클램퍼를 통해 나사를 조임으로써 행하여진다(예컨대, 특허문헌 3 참조).
최근에는 정보기기에 있어서의 정보기록 밀도의 증대나 고속회전화에 대응하기 위해서, 상기 정보기기용 스핀들 모터에는 더욱 고회전 정밀도화가 요청되고 있고, 이 요청에 따르기 위해서, 상기 스핀들 모터에 조립되는 유체 베어링 장치에 대해서도 마찬가지로 고회전 정밀도가 요구되고 있다. 동시에, 최근에는 정보기기의 저가격화의 요구를 받아 상기 유체 베어링 장치의 제조 가격 저감이 강하게 요청되고 있다.
그런데, 유체 베어링 장치(동압 베어링 장치)의 회전 성능을 장기에 걸쳐서 안정적으로 발휘하기 위해서는 축부재를 지지하기 위한 유체의 압력이 발생하는 레이디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극을 고정밀도로 관리하는 것이 중요하다. 예컨대, 스러스트 베어링 간극이 상기한 바와 같이 플랜지부의 축방향 양측에 형성되는 경우에는 축부재의 스러스트 지지 상태를 안정되게 유지하기 위해서, 플랜지부의 일단면측에 있어서의 스러스트 지지를 위한 압력과, 타단면측에 있어서의 스러스트 지지를 위한 압력의 사이에서 발란스를 잡고, 플랜지부의 단면과 이것에 대향하는 면의 슬라이딩 접촉을 가능한 한 회피할 필요가 있다. 스러스트 베어링 간극의 고정밀도화는 이것에 면하는 플랜지부의 단면이나 동압홈 등을 고정밀도로 가공함으로써 달성할 수 있지만, 단지 가공 정밀도를 높이는 것만으로는 고가격화를 초래하기 때문에 타당하지 않다.
또한, 축부재에 나사 구멍을 형성하는 방법으로서는 예컨대, 축소재에 나사 구멍의 아래구멍을 절삭 가공에 의해 성형하고, 이 아래구멍을 기준으로서 나사 가공을 행하는 방법이 고려된다. 그러나, 이 방법에서는 아래구멍을 절삭 가공할 때에 발생하는 절삭분이 나사 구멍의 저부에 쌓이고, 가공후에 나사 구멍을 세정해도 절삭분을 완전히 제거할 수 없다. 따라서, 나사 구멍내에 남은 절삭분이 타부재의 장착이나 베어링 장치의 조립시에, 오염물질로서 타부재에 부착되고, 조립후 베어링 장치 내부에 충만한 유체(예컨대, 윤활유 등)에 혼입할 가능성이 있다. 또한, 타부재에 부착된 절삭분(오염물질)이 더욱 디스크에 전착(轉着)됨으로써, 디스크 크래쉬(disk crash)를 야기할 우려도 있다. 또한, 절삭분의 제거에는 복잡한 다수의 세정 공정을 필요로 하기 때문에 고가격화를 초래한다.
또한, 상기 유체 베어링 장치에 대한 저가격화의 요구에 대응하기 위해서, 유체 베어링 장치의 각 구성부품에 대한 여러가지 가격 저감 대책이 검토되고 있다. 예컨대, 축부재에 관해서 설명하면, 니어 네트 셰이프(near net shape)화를 목적으로 하여, 축부 및 플랜지부를 단조로 일체 성형한 것이 알려져 있다(예컨대, 특허문헌 4 참조).
이와 같이, 단조 성형은 가공성이나 가격면에 뛰어난 방법이지만, 한편으로, 단조 성형의 특성상, 축부재의 형상에 따라서는 소망의 치수 정밀도가 얻어지지 않는 경우가 있다.
즉, 단조 가공은 소재를 압축해서 특정한 방향으로 변형시킴으로써 소정 형상으로 성형하는 것이지만, 예컨대, 단조시의 프레스 방향이 소재의 길이방향에 일치할 경우에는 소재의 일단에 부여된 압축력이 타단에까지 충분히 전해지지 않고, 타단에 있어서의 소성 유동이 불충분하게 되는 경우가 있다. 이것에서는, 본래의 성형해야 할 형상에까지 변형이 생기지 않고, 높은 성형 정밀도를 얻는 것이 어렵다.
특히, 최근의 디스크 장치의 대용량화의 요청에 따라, 복수의 디스크를 탑재할 수 있는 스핀들 모터에 조립되는 유체 베어링 장치(동압 베어링 장치)에는 모멘트 하중의 증대에 대응하기 위해서 종래에 비해 긴 길이화를 도모한 축부재의 사용이 검토되고 있다. 그러나, 긴 길이화에 따라서 상기 소성유동의 불량이 보다 현저하게 나타나는 경향이 있으므로, 현재로서는 긴 길이화와 높은 치수 정밀도를 양립한 축부재를 저가격에 제조하는 것은 어렵다.
특허문헌 1 : 일본 특허공개 제2002-61641호 공보
특허문헌 2 : 일본 특허공개 평11-191943호 공보
특허문헌 3 : 일본 특허공개 제2000-235766호 공보
특허문헌 4 : 일본 특허공개 제2004-347126호 공보
본 발명의 제 1 과제는 플랜지부의 축방향 양측에 형성된 스러스트 베어링 간극에서의 압력 발란스를 단기에 회복할 수 있는 동압 베어링 장치용 축부재를 저가격에 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 과제는 베어링 구성부품으로의 오염물질의 부착, 및 베어링 장치 내부로의 오염물질의 혼입을 가급적으로 방지할 수 있는 유체 베어링 장치용 축부재를 저가격에 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 과제는 높은 치수 정밀도를 갖고, 긴 길이화가 가능한 유체 베어링 장치용 축부재를 저가격에 제공하는 것이다.
제 1 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 플랜지부를 구비하고, 플랜지부의 축방향 양측의 스러스트 베어링 간극에 발생하는 유체의 동압작용에 의해 발생한 압력으로 스러스트 방향으로 비접촉 지지되는 것이며, 플랜지부에 그 양단면으로 개구되는 관통공이 형성되고, 관통공의 내주가 소성 가공된 면인 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치용 축부재를 제공한다.
이와 같이, 본 발명에서는 플랜지부에, 그 양단면으로 개구되는 관통공을 형성하였으므로 어떠한 이유로 축방향 일단측의 스러스트 베어링 간극의 유체압이 극단적으로 높아졌을 경우, 플랜지부에 형성된 관통공을 통해 축방향 타단측의 스러스트 베어링 간극으로 유체(예컨대, 윤활유)가 유입된다. 이에 따라, 양쪽 스러스트 베어링 간극에 있어서의 압력 발란스가 단기에 회복되어, 각 스러스트 베어링 간극을 적정한 폭으로 유지하여 플랜지부의 단면과 이것에 대향하는 면의 슬라이딩 마찰을 미연에 방지할 수 있다.
관통공을 플랜지부에 형성하는 방법으로서, 예컨대, 절삭 가공이 고려되지만, 절삭 가공이라면 사이클 타임이 길고, 가공 능률이 저하되어 고가격화를 초래한다. 또한, 절삭 가공에서는 절삭분의 발생을 피할 수 없고, 이것이 유체 중에 오염물질로서 혼입될 우려가 있다. 이것을 방지하기 위해서는 절삭후에 별도의 축부재 세정 처리를 행하지 않으면 안되고, 가격의 증가를 초래한다. 특히, 상기 정보기기에 사용되는 동압 베어링 장치에서는 플랜지부의 지름이 수 mm가 되고, 관통공도 이것에 대응해서 수십∼수백㎛의 매우 좁은 직경이 된다. 이 경우, 절삭 가공후의 절삭분의 완전제거는 용이하지 않기 때문에 매우 조심스러운 세정 공정 등이 필요하게 되어 고가격화를 피할 수 없다.
이에 대하여, 단조로 대표되는 소성 가공은 절삭에 비교해서 일반적으로 사이클 타임이 짧고, 고능률로 가공할 수 있다. 또한, 절삭 가공과 같이, 절삭분이 발생할 일이 없기 때문에 세정 공정이 불필요하게 된다. 따라서, 관통공을 소성 가공으로 성형하면, 그 성형 가격을 대폭 삭감할 수 있다. 이 경우, 관통공의 내주는 소성 가공된 면이 되지만, 소성 가공된 면은 그 면조도(roughness)가 양호하기 때문에, 특단의 후속 가공을 실행하지 않아도 관통공내에서의 유체의 부드러운 유통을 확보할 수 있다.
관통공은 축부 근방에 형성하는 것이 바람직하다. 축부 근방에 관통공을 형성함으로써 플랜지부의 내경측에도 두개의 스러스트 베어링 간극 사이에서의 유체의 유통로가 확보되므로, 원래 있었던 플랜지부 외경측의 유체의 유통로(플랜지부 외주면과 하우징 내주면 사이의 고리형 간극)와 함께, 두개의 스러스트 베어링 간극의 사이에서의 압력 발란스의 조정 기능을 높일 수 있다. 이 관점에서, 관통공은 스러스트 베어링 간극의 반경방향 중심에서도 내경측으로 개구되는 것이 바람직하다. 이 경우, 관통공은 소위 동압의 드롭(drop)을 방지하기 위해서, 동압홈의 형성 영역과 이것에 대향하는 면 사이의 스러스트 베어링 간극을 회피한 위치(스러스트 베어링 간극보다도 내경측)로 개구되게 하는 것이 바람직하다. 스페이스면의 제약 등의 관계로부터, 해당 위치로 개구되게 하는 것이 어려운 경우는 스러스트 베어링 간극에 관련되는 위치로 개구되게 해도 상관없다. 단, 이 경우라도 동압의 드롭을 가능한 한 회피하는 것이 바람직하다.
상기 동압 베어링 장치용 축부재는 예컨대, 축부재와, 이 축부재가 내주에 삽입되는 베어링 슬리브와, 축부의 외주와 베어링 슬리브의 내주 사이의 레이디얼 베어링 간극에 발생하는 유체의 동압작용으로 압력을 발생시켜서 축부를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 레이디얼 베어링부와, 플랜지부 일단측의 스러스트 베어링 간극에 발생하는 유체의 동압작용으로 압력을 발생시켜서 플랜지부를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부와, 플랜지부 타단측의 스러스트 베어링 간극에 발생하는 유체의 동압작용으로 압력을 발생시켜서 플랜지부를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 2 스러스트 베어링부를 구비한 동압 베어링 장치로서 제공 가능하다.
레이디얼 베어링 간극에 면하는 축부의 외주면과, 이 외주면에 대향하는 베어링 슬리브의 내주면 중 어느 한면에 유체의 동압작용을 발생시키기 위한 동압홈을 축방향에 있어서 비대칭으로 형성하면, 레이디얼 베어링 간극에서 축방향으로의 유체의 흐름이 발생한다. 이 흐름이 플랜지부를 향하도록 하면, 베어링 장치 내부에서 부압이 발생하는 것을 회피할 수 있고, 또한, 관통공에 의한 압력 발란스의 조정 기능에 의해 플랜지부로의 압입에 의해 발생한 고압이 평형화된다.
상기 동압 베어링 장치는 동압 베어링 장치와, 로터 마그넷과, 스테이터 코일을 구비한 모터로서 제공하는 것도 가능하다.
또한, 제 1 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 축부와 플랜지부를 구비하고, 플랜지부의 축방향 양측의 스러스트 베어링 간극에서 발생된 유체의 동압작용에 의해 스러스트 방향으로 비접촉 지지되는 동압 베어링 장치용 축부재의 제조 방법에 있어서, 축부 및 플랜지부를 일체로 단조 성형함과 아울러 플랜지부에 그 양단면으로 개구되는 관통공을 단조 성형하고, 이 단조를 동시에 행하는 것을 특징으로 하는 동압 베어링 장치용 축부재의 제조 방법을 제공한다. 이와 같이, 관통공의 성형을 단조 가공으로 행함으로써 가공에 따른 절삭분 등의 발생을 회피하고, 가공후의 세정 공정을 생략 또는 보다 간략한 것으로 할 수 있다. 또한, 관통공의 성형과, 축부와 플랜지부를 일체로 구비한 축소재의 성형을 함께 단조로, 또한 동시에 행함으로써 가공 공정을 간략화하여 가공 시간의 대폭적인 단축화를 꾀할 수 있다.
제 2 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 일단부에 나사 구멍이 형성됨과 아울러 외주에 레이디얼 베어링 간극과 면하는 레이디얼 베어링면이 형성된 금속제의 유체 베어링 장치용 축부재에 있어서, 나사 구멍을 소성 가공에 의해 형성한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 축부재를 제공한다. 여기서, 레이디얼 베어링면은 동압작용을 발생시키는 레이디얼 베어링 간극에 면한 것이면 좋고, 동압작용을 발생시키기 위한 동압홈의 유무는 관계없다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 나사 구멍을 소성 가공에 의해 형성하기 때문에 나사 구멍을 성형하는데도 절삭 가공을 행하지 않고 완료하고, 절삭에 따른 절삭분의 발생을 회피할 수 있다. 따라서, 나사 구멍내에 절삭분이 남을 일이 없고, 타부재의 장착시나 베어링 장치의 조립시에, 절삭분이 오염물질로서 타부재에 부착되고, 조립후 베어링 장치 내부에 충만된 윤활유 등에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절삭 가공과 같이, 절삭분이 대량으로 발생할 일이 없기 때문에 세정 공정을 간략화할 수 있고, 이와 관련된 성형 가격을 삭감할 수 있다.
나사 구멍은 예컨대, 단조 가공에 의해 형성된 아래구멍과, 아래구멍의 개구측에 전조 가공에 의해 형성된 나사부를 갖는 구조로 할 수 있다. 이 경우에는 소성 가공으로서, 아래구멍에 단조 가공이, 나사부에 전조 가공이 각각 시행된다. 단조 가공에 의한 아래구멍은 축단으로부터 일련으로 형성된다. 이 아래구멍 형성후, 아래구멍의 개구측을 부분적으로 나사 전조함으로써 최종적인 나사 구멍은 개구측의 나사부와, 그것보다도 구멍의 저측에 남은 미전조 아래구멍으로 구성된다. 이 나사 구멍은 소성 가공만으로 형성된 것이기 때문에, 절삭분의 발생을 방지하고, 오염물질의 문제를 해소할 수 있다. 또한, 단조에 의해, 축부재에 대응한 형상을 갖는 축소재, 예컨대, 축부와 플랜지부를 일체로 갖는 축소재를 성형할 수도 있다.
또한, 상기 나사 구멍은 타부재를 축부재에 고정하기 위한 것이기 때문에, 나사 구멍이 축부재에 대하여 어느 정도 기울어서 형성되어 있는지에 따라, 축부재와, 축부재에 나사 고정된 타부재의 직각정밀도가 좌우된다. 나사 구멍의 축부재에 대한 경사를 작게 억제하기 위한 방법으로서, 예컨대, 나사 구멍의 나사부를 가공할 때의 기준이 되는 아래구멍의 가공 정밀도를 높이는 것이 고려된다. 본 발명과 같이, 아래구멍을 단조 가공으로 성형하는 경우, 아래구멍 성형용 핀을 축소재에 압입하고, 압입된 부분을 소성변형시키는 방법이 채택된다. 그러나, 핀 선단의 원추형 단면과, 그 기단측에 위치하는 원통형 외주면의 사이(연결부)에 에지가 형성되면, 핀의 압입시에 축소재의 에지 대응 개소(예컨대, 축소재의 핀 선단면과 외주면의 연결부에 형성된 에지에 따라 변형된 개소)에 엄청난 응력집중이 발생한다. 축소재를 형성하는 재료가 예컨대, 스테인레스 강 등 연성이 모자란 재료이면, 이러한 경향은 더욱 현저해지고, 최악의 경우, 응력집중부에 크랙이 발생한다. 이 문제를 감안하여, 본 발명에서는 나사 구멍 아래구멍을 원추면과, 이 원추면의 개구측에 배치되어 원추면과 R면을 통해 매끄러운 모양으로 연결된 원통면을 갖는 형상으로 했다.
아래구멍의 형상은 아래구멍 성형용 핀의 면형상에 따라서 변형한 것이므로 이러한 구성은 핀의 선단부가 원추면 형상을 이루고, 핀의 선단부 원추면이 원통형 외주면과 R면을 통해 매끄러운 모양으로 연결되는 것을 의미한다. 따라서, 상기한 바와 같은 형상을 갖는 핀 축소재로의 압입시, 축소재의 핀 선단면 및 원통 외주면의 연결부에 대응하는 개소가 핀의 매끈매끈한 연결부에 따라 변형되어 이 연결부 대응 개소에 있어서의 응력집중이 완화된다. 이에 따라, 아래구멍 성형시에 있어서의 제품의 수율을 향상시키고, 확실하게 아래구멍을 성형할 수 있다. 또한, 핀의 선단을 원추형으로 형성함으로써, 핀의 압입 방향이 안정되므로, 선단의 흔들림 없이 핀을 축소재에 정확하게 압입할 수 있고, 아래구멍의 치수 정밀도, 특히 축부재의 축선에 대한 아래구멍의 축선의 경사가 작게 억제된다.
더욱 바람직한 아래구멍의 형상으로서, 아래구멍의 저부에 형성된 원추면의 정상부를 제거한 형상을 들 수 있다. 피가공재를 이 형상으로 성형하는 핀의 형상으로 하면, 원추형으로 뾰족해진 핀의 선단부를 제거한(예컨대, R면이나 평면) 형상으로 할 수 있다. 이에 따라, 아래구멍 성형시, 축소재의 핀 선단면 및 원통 외주면의 연결부에 대응하는 개소뿐만 아니라, 핀 선단면 정상부에 대응하는 개소에 있어서의 응력집중을 완화할 수도 있고, 보다 확실한 아래구멍의 성형이 가능하게 된다.
또한, 유체 베어링 장치 축부재에 고정되는 부재에는 축부재의 회전시, 베어링 장치의 고정측 부재와의 접촉 또는 진동 등의 불량을 발생시키지 않도록 축부재에 대한 높은 직각도가 요구된다. 따라서, 본 발명에서는 축부재에 형성된 나사 구멍에 있어서의, 나사부의 피치원 중심선의 동축도를 0.2mm 이하로 했다. 여기서, 동축도는 데이텀축 직선(이론적으로 정확한 기하학적 기준으로서의 축직선. 또한, 여기서의 축직선은 축부재의 기하학적으로 정확한 직선인 축선을 가리킨다)과 동일 직선상에 있어야 하는 축선(여기서는 나사부의 피치원 중심선을 가리킨다)의 데이텀축 직선으로부터의 편향의 크기를 나타내고, 그 크기는 상기 축선(피치원 중심선)을 모두 포함하는 데이텀축 직선과 동축인 기하학적으로 정확한 원통 중 가장 작은 원통의 직경으로 표시된다.
따라서, 예컨대, 디스크 허브와의 사이에서 디스크를 클램핑 고정하기 위한 클램퍼가 그 클램핑면을 축부재 축선에 대하여 직교시킨 상태에서 축부재에 나사 고정되므로, 디스크가 그 디스크 평면을 클램퍼나 디스크 허브의 클램핑면에 대하여 평행을 유지한 상태로 고정된다. 따라서, 디스크를 축부재에 대한 직각도의 수치를 작게 억제한 상태로 고정할 수 있고, 축부재의 회전시, 디스크 축부재에 대한 진동을 억제할 수 있다.
또한, 제 2 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 일단부에 나사 구멍이 형성됨과 아울러 외주에 레이디얼 베어링 간극과 면하는 레이디얼 베어링면이 형성된 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법에 있어서, 금속제의 축소재에 나사 구멍 아래구멍을 단조 성형한 후, 아래구멍에 나사부를 전조 성형하여 나사 구멍을 형성하는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법을 제공한다.
이러한 제조 방법에 의하면, 나사 구멍의 성형에 절삭 가공을 필요로 하지 않기 때문에 절삭에 따른 절삭분의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 나사 구멍내에 절삭분을 남길 일 없고, 타부재의 장착시나 베어링 장치의 조립시에, 절삭분이 오염물질로서 타부재에 부착되고, 디스크 크래쉬나 조립후 베어링 장치 내부에 충만된 윤활유 등에 혼입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 절삭 가공을 대신하여 단조 가공이나 전조 가공을 이용함으로써 사이클 타임의 단축, 성형 가공전의 소재량에 대한 가공후의 소재량의 비율향상에 따른 재료 가격의 저감 등이 가능하게 된다.
또한, 공통의 단조 공정으로, 축소재를 성형함과 아울러 아래구멍을 성형할 수도 있다. 이 방법에 의하면, 아래구멍의 성형과 축소재의 성형을 함께 단조로 행하기 때문에 이러한 가공을 한번에 행할 수 있고, 성형 공정의 간략화가 도모된다.
상기 유체 베어링 장치용 축부재는 예컨대, 유체 베어링 장치용 축부재와, 이 축부재가 내주에 삽입되어 축부재와의 사이에서 레이디얼 베어링 간극을 형성하는 슬리브 부재를 구비하고, 레이디얼 베어링 간극에 생성된 유체의 윤활막으로 축부재와 슬리브 부재를 비접촉으로 유지하는 유체 베어링 장치로서 제공 가능하다.
또한, 상기 유체 베어링 장치는 이 유체 베어링 장치와, 로터 마그넷과, 스테이터 코일을 구비한 모터로서 제공하는 것도 가능하다.
상기 제 3 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 축부와 플랜지부와를 구비한 금속제의 유체 베어링 장치용 축부재에 있어서, 적어도 축부가 단조로 성형되어, 축부의 선단면에 소성 가공면으로 되는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 축부재를 제공한다.
상기 과제를 해결하는 수단으로서, 단조 성형시의 프레싱압을 높이는 방법이 고려된다. 그러나, 단지 프레싱압을 높이는 것만으로는 금형이나 재료로의 부담이 커지고, 금형 수명의 저하, 재료의 크랙 등, 여러가지 불량을 나타낼 가능성이 있다. 이에 대하여, 본 발명에서는 축부 선단면에 소성 가공면으로 되는 오목부를 형성하기 때문에 즉, 축부의 선단부를 소성변형시킴으로써 오목부를 형성하기 때문에 오목부의 성형에 따른 원래 오목부에 있었던 물질이 외경측이나 선단측으로 압출된다. 따라서, 축부의 단조 가공과 오목부의 소성 가공을 행함으로써 선단부에서의 변형량이 부족하게 되는 사태를 최소화하여 선단부를 성형할 수 있다. 따라서, 축부재의 긴 길이화를 꾀하는 경우라도, 축부의 선단부에 있어서의 변형량을 확보하여 축부 전체길이에 걸쳐서 높은 성형 정밀도를 얻을 수 있다. 또한, 상기한 바와 같이, 프레싱압을 높이지 않고 성형 정밀도를 높일 수 있기 때문에 금형 수명의 저하 등을 걱정할 필요도 없고, 경제적이다.
축부 선단면에 형성되는 오목부로서는 예컨대, 축부 선단으로부터 축부 중앙을 향하여 점차 직경이 축소되는 형상을 이루는 것이 바람직하다. 이 구성은 축부 선단부에서 변형이 불충분할 경우, 그 변형 부족량이 축단측에 근접할수록 커지는 경향을 근거로 하여 창출된 것이다. 따라서, 이러한 형상의 오목부를 형성함으로써, 축부 선단부에서의 변형 부족을 효율적으로 보충하고, 이러한 선단부를 더욱 고정밀도로 성형할 수 있다.
상기 구성의 축부재는 예컨대, 이 축부재와, 축부의 외주면과 이것에 대향하는 면의 사이에 형성되는 레이디얼 베어링 간극과, 레이디얼 베어링 간극에 생성되는 유체의 윤활막으로 축부재를 상대회전 가능하게 지지하는 유체 베어링 장치로서 제공할 수 있다.
또한, 상기 제 3 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 축부와 플랜지부를 구비한 금속제의 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법에 있어서, 축부를 단조 성형하고, 그 단조 성형의 과정에서, 축부 선단면에 오목부를 소성 가공으로 성형함으로써 축부의 선단부를 소성유동으로 돌출시키는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법을 제공한다.
상기한 바와 같이, 축부의 단조 성형 과정에서, 오목부를 소성 가공으로 성형하는 경우, 예컨대, 축부의 선단부를 적어도 최종마무리 형상에 도달할 때까지 돌출시키는 것이 바람직하다. 통상, 이 종류의 축부재는 단조성형품 중 특히 치수 정밀도(형상 정밀도)가 필요한 부분에만 연삭 가공 등의 절삭 가공을 시행함으로써 마무리된다. 따라서, 단조 성형의 단계에서 축부의 선단부를 적어도 최종마무리 형상에 도달할 때까지 돌출시켜 둠으로써, 선단부에 있어서의 절삭 가공을 가능하게 하고, 이에 따라, 높은 치수 정밀도를 갖는 축부재를 얻을 수 있다.
축부 선단부의 최종마무리 형상으로서는 여러가지가 고려되고, 예컨대, 축부 선단부의 외주면과, 축부 선단면과, 양면간의 챔퍼(chamfer)로 정해진 것이 고려된다.
[발명의 효과]
본 발명에 의하면, 축부재의 회전시, 플랜지부의 축방향 양측에 형성된 스러스트 베어링 간극에서의 압력 발란스를 단기에 회복하고, 각 스러스트 베어링 간극을 항상 소정 간격으로 유지할 수 있으므로, 베어링의 회전 성능을 장기에 걸쳐서 안정적으로 발휘하는 것이 가능하게 된다. 또한, 이러한 기능을 저가격에 얻을 수 있고, 양산성의 비약적인 향상이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하면, 절삭 가공에 따른 절삭분의 발생이 회피되므로, 베어링 구성부품으로의 오염물질의 부착, 디스크 크래쉬, 및 베어링 장치 내부로의 오염물질의 혼입을 가급적으로 방지하고, 저가격에 유체 베어링 장치의 청정도를 유지할 수 있다. 또한, 아래구멍을 성형하는 핀을 확실하고 정확하게 축소재에 압입할 수 있으므로, 나사부의 원통도가 고정밀도로 유지되어, 축부재에 나사 고정되는 타부재의 축부재에 대한 부착 정밀도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 높은 치수 정밀도를 갖고, 긴 길이화가 가능한 유체 베어링 장치용 축부재를 저가격에 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 동압 베어링 장치용 축부재의 측면도이다.
도 2는 축부재를 구비한 동압 베어링 장치를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 단면도이다.
도 3은 동압 베어링 장치의 종단면도이다.
도 4는 베어링 슬리브의 종단면도이다.
도 5는 베어링 슬리브의 하단면도이다.
도 6은 단조 가공에 의해 성형된 축소재의 측면도이다.
도 7은 축소재의 폭 연삭 공정에 의한 연삭 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 8은 폭 연삭 공정에 의한 연삭 장치의 일례를 나타내는 일부단면도이다.
도 9는 축소재의 전면 연삭 공정에 의한 연삭 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 10은 축소재의 연삭 마무리 공정에 의한 연삭 장치의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 유체 베어링 장치용 축부재의 측면도이다.
도 12는 축부재의 단부에 형성된 나사 구멍의 저부 주변에 있어서의 확대 단면도이다.
도 13은 축부재를 구비한 유체 베어링 장치를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 단면도이다.
도 14는 유체 베어링 장치의 종단면도이다.
도 15는 단조 가공에 의해 성형된 축소재의 측면도이다.
도 16은 축소재의 단부에 형성된 나사 구멍의 아래구멍의 저부 주변에 있어서의 확대 단면도이다.
도 17은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 유체 베어링 장치용 축부재의 측면도이다.
도 18은 유체 베어링 장치를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 단면도이다.
도 19는 유체 베어링 장치를 나타내는 단면도이다.
도 20은 단조 가공에 의해 성형된 축소재의 측면도이다.
도 21은 단조 가공에 사용하는 금형의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 22는 축소재의 종래의 단조 성형 실시형태를 개념적으로 나타내는 확대도이다.
도 23은 본 발명에 의한 축소재의 단조 성형 실시형태를 개념적으로 나타내는 확대도이다.
[부호의 설명]
1 : 동압 베어링 장치 2 : 축부재
3 : 디스크 허브 4 : 스테이터 코일
5 : 로터 마그넷 7 : 하우징
8 : 베어링 슬리브 8a1, 8a2, 8c1 : 동압홈
9 : 씰부재 10 : 축소재
11 : 축부 12 : 플랜지부
13 : 교정 가공면 19 : 관통공(축소재)
21 : 축부 22 : 플랜지부
22a, 22b : 스러스트 베어링면 23a, 23b : 레이디얼 베어링면
29 : 관통공 40 : 연삭 장치
41 : 캐리어 42 : 지석
43 : 노치 50, 60 : 연삭 장치
53, 63 : 지석 56 : 연삭면
101 : 유체 베어링 장치 102 : 축부재
110 : 클램퍼 111 : 나사
112 : 축소재 113 : 축부
114 : 플랜지부 117 : 교정 가공면(최외경면)
121 : 축부 122 : 플랜지부
131 : 나사 구멍 132 : 나사부
133 : 아래구멍 134 : 원통면
134a : 연결부 135 : 원추면
135a : 정상부 201 : 유체 베어링 장치
202 : 축부재 212 : 축소재
213 : 축부 214 : 플랜지부
215 : 선단부 221 : 축부
222 : 플랜지부 223a, 223b : 레이디얼 베어링면
224 : 선단부 225 : 오목부
225a : 소성 가공면 D : 디스크
S, S2 : 씰공간
R1, R2, R11, R12, R21, R22 : 레이디얼 베어링부
T1, T2, T11, T12, T21, T22 : 스러스트 베어링부
W1, W2 : 스러스트 베어링 간극
이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1∼도 1O에 의거하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 동압 베어링 장치(1)를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 제 1 구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 정보기기용 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 사용되는 것으로, 축부재(2)를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 동압 베어링 장치(1)와, 축부재(2)에 설치된 디스크 허브(3)와, 예컨대, 반경방향의 갭을 통해 대향시킨 스테이터 코일(4) 및 로터 마그넷(5)과, 브래킷(6)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 브래킷(6)의 외주에 설치되고, 로터 마그넷(5)은 디스크 허브(3)의 내주에 설치된다. 브래킷(6)은 그 내 주에 동압 베어링 장치(1)를 장착하고 있다. 또한, 디스크 허브(3)는 그 외주에 자기 디스크 등의 디스크상 정보 기록 매체(이하, 단지 디스크라 함)(D)를 한매 또는 복수매로 유지하고 있다. 이렇게 구성된 정보기기용 스핀들 모터에 있어서, 스테이터 코일(4)에 통전되면 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5) 사이의 여자력에 의해 로터 마그넷(5)이 회전하고, 이에 따라, 디스크 허브(3) 및 디스크 허브(3)에 유지된 디스크(D)가 축부재(2)와 일체로 회전한다.
도 3은 동압 베어링 장치(1)의 일례를 나타내고 있다. 이 동압 베어링 장치(1)는 일단에 저부(7b)를 갖는 하우징(7)과, 하우징(7)에 고정된 베어링 슬리브(8)와, 베어링 슬리브(8)의 내주에 삽입되는 축부재(2)와, 씰부재(9)를 주요 구성부품으로 해서 구성된다. 또한, 설명의 편의상, 하우징(7)의 저부(7b)측을 하측, 저부(7b)와 반대측을 상측으로 하여 이하 설명한다.
하우징(7)은 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대, LCP이나 PPS,또는 PEEK 등의 수지재료로 원통형으로 형성된 측부(7a)와, 측부(7a)의 일단측에 위치하고, 예컨대, 금속재료로 형성된 저부(7b)로 구성되어 있다. 저부(7b)는 본 실시형태에서는 측부(7a)와는 별체로서 성형되어, 측부(7a)의 하부 내주에 개장되어 있다. 저부(7b)의 상측단면(7b1)의 일부 고리형 영역에는 동압 발생부로서, 도시하진 않았지만, 예컨대, 복수의 동압홈을 나선 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 또한, 저부(7b)는 본 실시형태에서는 측부(7a)와는 별체로 형성되어, 측부(7a)의 하부 내주에 고정되지만, 측부(7a)와 예컨대, 수지재료로 일체로 형성할 수도 있다. 이 때, 상측단면(7b1)에 형성되는 동압홈은 측부(7a) 및 저부(7b)로 이루어지는 하우징(7)의 사출성형과 동시에 형성형할 수 있고, 이에 따라, 별도 저부(7b)에 동압홈을 성형하는 수고를 줄일 수 있다.
베어링 슬리브(8)는 예컨대, 소결 금속으로 이루어지는 다공질체, 특히 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통형으로 형성되어, 하우징(7)의 내주면(7c)의 소정위치에 고정된다.
베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 전면 또는 일부 원통면 영역에는 동압 발생부가 형성된다. 본 실시형태에서는 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 동압홈(8a1, 8a2)을 각각 헤링본(herringbone) 형상으로 배열한 영역이 축방향으로 이격되어 2개소 형성된다. 상측 동압홈(8a1)의 형성 영역에서는 동압홈(8a1)이, 축방향 중심(m)(상하의 경사홈간 영역의 축방향 중앙)에 대하여 축방향 비대칭으로 형성되어 있고, 축방향 중심(m)보다 상측영역의 축방향 치수(X1)가 하측영역의 축방향 치수(X2)보다도 크게 되어 있다. 따라서, 축부재(2)의 회전시에는 비대칭의 동압홈(8a1)에 의해 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 하측으로 압입된다.
베어링 슬리브(8)의 외주면(8b)에는 한개 또는 복수개의 축방향 홈(8b1)이 축방향 전체길이에 걸쳐서 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 3개의 축방향 홈(8b1)을 원주방향 등간격으로 형성하고 있다.
베어링 슬리브(8)의 하측단면(8c)의 전면 또는 일부 고리형 영역에는 동압 발생부로서, 예컨대, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 동압홈(8c1)을 나선 형상으로 배열한 영역이 형성된다.
씰 수단으로서의 씰부재(9)는 도 3에 도시된 바와 같이, 예컨대, 놋쇠 등의 연질 금속재료나 그 밖의 금속재료, 또는 수지재료로 하우징(7)과는 별체이며 고리 형으로 형성되어, 하우징(7)의 측부(7a)의 상부 내주에 압입, 접착 등의 수단으로 고정된다. 본 실시형태에 있어서, 씰부재(9)의 내주면(9a)은 원통형으로 형성되고, 씰부재(9)의 하측단면(9b)은 베어링 슬리브(8)의 상측단면(8d)과 접하고 있다.
축부재(2)는 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 스테인레스 강 등의 금속재료로 형성되어, 축부(21)와, 축부(21) 하단에 설치된 플랜지부(22)를 일체로 구비하는 T자형 단면을 이룬다. 축부(21)의 외주에는 도 3에 도시된 바와 같이, 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에 형성된 두개의 동압홈(8a1, 8a2) 형성 영역에 대향하는 레이디얼 베어링면(23a, 23b)이 축방향으로 이격되어 2개소 형성되어 있다. 한쪽의 레이디얼 베어링면(23a)의 상방에는 축선단을 향하여 점차 직경이 축소되는 테이퍼진 면(24)이 인접해서 형성되고, 또한, 그 상방에 디스크 허브(3)의 부착부가 되는 원통면(25)이 형성되어 있다. 두개의 레이디얼 베어링면(23a, 23b)의 사이, 타방의 레이디얼 베어링면(23b)과 플랜지부(22)의 사이, 및 테이퍼진 면(24)과 원통면(25)의 사이에는 각각 고리형의 오목부(26, 27, 28)가 형성되어 있다.
플랜지부(22)의 상단면에는 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극에 면하는 스러스트 베어링면(22a)이 형성되고, 플랜지부(22)의 하단면에는 동도에 도시된 바와 같이, 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극에 면하는 스러스트 베어링면(22b)이 형성된다. 그리고, 플랜지부(22)의 내경측[축부(21)의 근방]에, 플랜지부(22)의 양단면으로 개구되는 관통공(29)이 형성된다. 본 실시형태에서는 관통공(29)은 플랜지부(22) 양 단면의 스러스트 베어링면(22a, 22b)보다도 내경측의 개소에 개구되어 있다.
축부(21)의 테이퍼진 면(24)과, 테이퍼진 면(24)에 대향하는 씰부재(9)의 내주면(9a)의 사이에는 하우징(7)의 저부(7b)측으로부터 상방을 향하여 반경방향 치수가 점차 확대하는 고리형의 씰공간(S)이 형성된다. 조립 완료후의 동압 베어링 장치(1)(도 3참조)에 있어서는 레이디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극을 포함하는 하우징(7)의 내부공간이 모두 윤활유로 충만되어 그 유면은 씰공간(S)의 범위내에 유지된다.
상기한 바와 같이 구성된 동압 베어링 장치(1)에 있어서, 축부재(2)를 회전시키면, 베어링 슬리브 내주면(8a)의 동압홈(8a1, 8a2) 형성 영역(상하 2개소)과, 이 동압홈(8a1, 8a2) 형성 영역에 각각 대향하는 축부(21)의 레이디얼 베어링면(23a, 23b) 사이의 레이디얼 베어링 간극에 형성되는 윤활유막의 압력이 동압홈(8a1, 8a2)의 동압작용에 의해 높아진다. 그리고, 이 유막의 압력에 의해, 축부재(2)를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 형성된다. 또한, 베어링 슬리브(8)의 하측단면(8c)에 형성되는 동압홈(8c1) 영역과, 이 동압홈(8c1) 영역에 대향하는 플랜지부(22) 상측(축부측)의 스러스트 베어링면(22a) 사이의 제 1 스러스트 베어링 간극(W1)(도 3참조),및 저부(7b)의 상측단면(7b1)에 형성되는 동압홈 영역과, 이 동압홈 영역과 대향하는 플랜지부(22) 하측(반축부측)의 스러스트 베어링면(22b) 사이의 제 2 스러스트 베어링 간극(W2)(도 3참조)에 형성되는 윤활유막의 압력이, 동압홈의 동압작용에 의해 높아진다. 그리고, 이 유막의 압력에 의해, 축부재(2)를 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 형성된다.
축부재(2)의 회전시, 상기 레이디얼 베어링 간극이나 스러스트 베어링 간극(W1, W2), 또는 다공질체의 베어링 슬리브(8) 내부의 사이에서 윤활유가 순환하고, 각 베어링 간극에 축부재를 지지하기 위한 윤활유가 적당히 공급되지만, 어떠한 이유로, 기름의 순환이 곤란해지게 된다. 그 경우라도, 플랜지부(22)에 형성된 관통공(29)이, 각 스러스트 베어링 간극(W1, W2) 사이에서의 압력 발란스를 조정하므로, 한쪽의 스러스트 베어링 간극[제 1 스러스트 베어링 간극(W1)]과, 타방의 스러스트 베어링 간극[제 2 스러스트 베어링 간극(W2)]을 각각 적정 간격으로 유지할 수 있다. 이에 따라, 축부재(2)를 안정적으로 스러스트 지지할 수 있고, 이러한 베어링 성능을 장기에 걸쳐서 안정적으로 발휘할 수 있다.
이하, 동압 베어링 장치(1)를 구성하는 축부재(2)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
축부재(2)는 주로 (A) 성형 공정, (B) 연삭 공정의 2공정을 경과하여 제조된다. 이 중에서 (A)의 성형 공정에는 축소재 성형 가공(A-1)과, 관통공 성형 가공(A-2)과, 축부 교정 가공(A-3)이 포함된다. 또한, (B)의 연삭 공정에는 폭 연삭 가공(B-1)과, 전면 연삭 가공(B-2)과, 마무리 연삭 가공(B-3)이 포함된다.
(A) 성형 공정
(A-1) 축소재 성형 가공, 및 (A-2) 관통공 성형 가공
우선, 성형해야 할 축부재(2)의 소재가 되는 스테인레스 강 등의 금속재를, 금형을 사용하여 예컨대, 냉간에서 압축성형함으로써(단조 가공), 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 축부 대응 영역(이하, 단지 축부라고 함)(11) 및 플랜지부 대응 영역(이하, 단지 플랜지부라고 함)(12)을 일체로 갖는 축소재(10)가 형성된다 [축소재 성형 가공(A-1)]. 또한, 이 축소재(10)의 단조 성형에 사용하는 금형은 본 실시형태에서는 플랜지부(12)에 관통공(19)을 성형하기 위한 금형을 겸하고 있다. 따라서, 이 금형에서 금속재를 압축성형함으로써 축소재(10)가 단조 성형됨과 아울러, 플랜지부(12)의 내경측에[축부(11)의 근방에], 도 6에 도시된 바와 같이, 플랜지부(12)의 축부측 단면(12a)과, 반축부측 단면(12b)의 사이를 관통하는 관통공(19)이 형성된다[관통공 성형 가공(A-2)].
이와 같이, 플랜지부(12)로의 관통공(19)의 성형을 단조 가공으로 행함으로써, 가공에 따른 절삭분 등의 발생을 회피하고, 가공후의 세정 공정을 생략, 또는 보다 간편한 것으로 할 수 있다. 또한, 관통공(19)의 성형과, 축부(11)와 플랜지부(12)를 일체로 구비한 축소재(10)의 성형을 함께 단조로, 또한, 동시에 행함으로써 이러한 가공 공정을 간략화하여 가공 시간의 대폭적인 단축화를 꾀할 수 있다.
상기 성형 공정에 있어서의 냉간 단조의 방식으로서는 압출 가공, 업셋팅 가공(upsetting), 헤딩 가공(heading) 등의 어느 쪽, 또는 이것들의 조합을 채용할 수도 있다. 도시예에서는 단조 가공후의 축부(11)의 외주면(11a)을, 테이퍼진 면(14) 및 테이퍼진 면(14)과 상방을 향하여 연속된 다른 개소보다 작은 직경의 원통면(15)을 개재시킨 상이한 직경 형상으로 하고 있지만, 테이퍼진 면(14)을 생략하여 전체길이에 걸쳐서 균일한 직경으로 성형할 수도 있다. 또한, 본 실시형태에 서는 축소재(10)의 성형과, 관통공(19)의 성형을 함께 단조 가공으로 동시에 행하는 경우를 설명했지만, 양 공정을 반드시 동시에 행할 필요는 없고, 축소재(10)를 단조 성형한 후에, 관통공(19)을 단조로 성형해도 상관없다.
(A-3) 축부 교정 가공
선행 공정에 있어서 단조 성형된 축소재(10)의 축부(11)를, 예컨대, 도시하진 않았지만, 한 쌍의 전조 다이스(예컨대, 평 다이스나 둥근 다이스 등)로 가압하여 니핑(nipping)하고, 상기 한 쌍의 전조 다이스를 서로 역방향으로 왕복운동시킴으로써 축부(11)의 외주면(11a)에 원통도(円筒度) 교정을 위한 전조 가공을 시행한다[축부 교정 가공(A-3)]. 이에 따라, 축소재(10)의 축부 외주면(11a) 중 교정 가공을 시행한 면(13)의 원통도가 소정 요구 범위내(예컨대, 10㎛ 이하)로 개선된다. 원통도의 교정 가공으로서는 예컨대, 전조 가공 이외에 조임 가공이나 아이어닝(ironing) 가공, 또는 분해형 프레스(니핑)에 의한 사이징 가공(sizing) 등등, 여러가지 가공 방법을 채용할 수 있다. 또한, 교정 가공은 축부(11)의 외주면(11a) 전체길이에 걸쳐서 행하는 것 이외에 완성품으로서의 축부재(2)의 레이디얼 베어링면(23a, 23b)에 대응하는 개소를 포함하는 한, 외주면(11a)의 일부에만 행할 수도 있다.
(B) 연삭 공정
(B-1) 폭 연삭 가공
성형 공정을 경과한 축소재(10)의 양단면이 되는 축부 단면(11b) 및 플랜지부(12)의 반축부측 단면(12b)을, 상기 교정 가공을 시행한 면(13)을 기준으로 하여 연삭 가공한다. 이 연삭 공정에 사용되는 연삭 장치(40)는 예컨대, 도 7에 도시된 바와 같이, 워크피스(workpiece)로서의 축소재(10)를 복수 유지하는 캐리어(41)와, 캐리어(41)에 의해 유지된 축소재(10)의 축부 단면(11b) 및 플랜지부(12)의 반축부측 단면(12b)을 연삭하는 한 쌍의 지석(42, 42)을 구비하고 있다.
도시된 바와 같이, 캐리어(41)의 외주 가장자리의 원주방향 일부영역에는 복수의 노치(43)가 원주방향 등피치(equal pitch)로 설치된다. 축소재(10)는 그 교정 가공면(13)을 노치(43)의 내면(43a)에 각접촉(angular contact)시킨 상태로 노치(43)에 수용된다. 축소재(10)의 교정 가공면(13)은 캐리어(41)의 외주면보다 약간 돌출되어 있고, 캐리어의 외경측에는 축소재(10)의 돌출 부분을 외경측으로부터 구속하는 형태로 벨트(44)가 설치되어 있다. 노치(43)에 축소재(10)를 수용한 캐리어(41)의 축방향 양단측에는 예컨대, 도 8에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 지석(42, 42)이 그 단면(연삭면)끼리를 대향시켜서 소정 간격으로 동축 배치되어 있다.
캐리어(41)의 회전에 따라 축소재(10)가 정위치로부터 노치(43)로 순차 투입된다. 투입된 축소재(10)는 노치(43)로부터의 탈락을 벨트(44)에서 구속된 상태로, 회전하는 지석(42, 42)의 단면상(端面上)을 그 외경단으로부터 내경단에 걸쳐서 횡단한다. 이에 따라, 축소재(10)의 양단면, 즉, 축부 단면(11b)과 플랜지부(12)의 반축부측 단면(12b)이 지석(42, 42)의 단면에서 연삭된다(도 8 참조). 이 때, 축소재(10)의 교정 가공면(13)이 캐리어(41)에 지지되고, 이 교정 가공면(13)이 높은 원통도를 갖기 때문에 미리 지석(42)의 회전축심과 지석(42)의 연삭면의 직각도, 및 지석(42)의 회전축심과 캐리어(41)의 회전축심의 평행도 등을 고정밀도로 관리 해 두면, 이 교정 가공면(13)을 기준으로 하여, 축소재(10)의 양단면(11b, 12b)을 고정밀도로 마무리할 수 있고, 교정 가공면(13)에 대한 직각도의 수치를 작게 억제할 수 있다. 또한, 축소재(10)의 축방향폭[플랜지부(12)를 포함시킨 전체길이]이 소정치수로 마무리된다.
(B-2) 전면 연삭 가공
이어서, 연삭된 축소재(10)의 양단면[축부 단면(11b), 플랜지부(12)의 반축부측 단면(12b)]을 기준으로 하여 축소재(10)의 외주면(10a) 및 플랜지부(12)의 축부측 단면(12a)의 연삭 가공을 행한다. 이 연삭 공정에 사용되는 연삭 장치(50)는 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 백 플레이트(54) 및 프레셔 플레이트(55)를 축소재(10)의 양단면에 가압하면서 지석(53)으로 플런지 연삭(plunge-grinding)하는 것이다. 축소재(10)의 교정 가공면(13)은 슈(shoe)(52)에 의해 회전 가능하게 지지된다.
지석(53)은 완성품으로서 축부재(2)의 외주면 형상에 대응한 연삭면(56)을 구비하는 총형 지석이다. 연삭면(56)은 축부(11)의 축방향 전체길이에 걸치는 외주면(11a) 및 플랜지부(12)의 외주면(12c)을 연삭하는 원통 연삭부(56a)와, 플랜지부(12)의 축부측 단면(12a)을 연삭하는 평면 연삭부(56b)를 구비하고 있다. 도시예의 지석(53)은 원통 연삭부(56a)로서, 축부재(2)의 레이디얼 베어링면(23a, 23b)에 대응하는 영역을 연삭하는 부분(56a1, 56a2), 테이퍼진 면(24)에 대응하는 영역을 연삭하는 부분(56a3), 원통면(25)에 대응하는 영역을 연삭하는 부분(56a4), 각 오목부(26∼28)를 연삭 가공하는 부분(56a5∼56a7), 플랜지부(22)의 외주면(22c)에 대응하는 영역을 연삭하는 부분(56a8)을 구비하고 있다.
상기 구성의 연삭 장치(50)에 있어서의 연삭 가공은 이하의 순서로 행하여진다. 우선, 축소재(10) 및 지석(53)을 회전시킨 상태로 지석(53)을 경사 방향(도 9 중 화살표 1 방향)으로 보내고, 플랜지부(12)의 축부측 단면(12a)에 지석(53)의 평면 연삭부(56b)를 가압하고, 플랜지부(12)의 축부측 단면(12a)을 연삭한다. 이에 따라, 축부재(2)의 플랜지부(22) 축부측 단면의 마무리 가공이 완료되고, 제 1 스러스트 베어링부(T1)에 면하는 스러스트 베어링면(22a)이 형성된다. 이어서, 지석(53)을 축소재(10)의 회전축심과 직교하는 방향(도 9 중 화살표 2 방향)으로 보내고, 축소재(10)의 축부(11)의 외주면(11a) 및 플랜지부(12)의 외주면(12c)에 지석(53)의 원통 연삭부(56a)를 가압하고, 각 면(11a, 12c)을 연삭한다. 이에 따라, 축부재(2)의 축부(21) 외주면 중 레이디얼 베어링면(23a, 23b) 및 원통면(25)에 대응하는 영역이 각각 연삭됨과 아울러, 테이퍼진 면(24), 플랜지부(22)의 외주면(22c), 또한 각 오목부(26∼28)가 형성된다. 또한, 상기 연삭시에는 예컨대, 도 9에 도시된 바와 같이, 측량 게이지(57)로 나머지의 연삭 공차를 계측하면서 연삭을 행하는 것이 바람직하다.
이 전면 연삭 공정에 있어서는 사전에 폭 연삭 가공으로 축소재(10)의 양단면(11b, 12b)의 직각도의 정밀도 설정이 행하여져 있기 때문에, 각 피연삭면을 고정밀도로 연삭할 수 있다.
(B-3) 마무리 연삭 가공
(B-2) 전면 연삭 가공으로 연삭을 시행한 면 중 축부재(2)의 레이디얼 베어 링면(23a, 23b), 및 원통면(25)에 대응하는 영역에 최종적인 마무리 연삭을 시행한다. 이 연삭 가공에 사용되는 연삭 장치는 예컨대, 도 10에 도시된 원통 연삭반으로서, 백 플레이트(64)와 프레셔 플레이트(65)의 사이에 유지된 축소재(10)를 회전시키면서 지석(63)으로 플런지 연삭하는 것이다. 축소재(10)는 슈(62)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 지석(63)의 연삭면(63a)은 축부재(2)의 레이디얼 베어링면(23a, 23b)에 대응하는 영역(동도 중 13a, 13b으로 나타낸 영역)을 연삭하는 제 1 원통 연삭부(63a1)와, 원통면(25)에 대응하는 영역(동도 중 15로 나타낸 영역)을 연삭하는 제 2 원통 연삭부(63a2)로 이루어진다.
상기 구성의 연삭 장치(60)에 있어서, 회전하는 지석(63)에 반경방향 급송을제공함으로써, 레이디얼 베어링면(23a, 23b) 및 원통면(25)에 대응하는 영역(13a, 13b, 및 15)이 각각 연삭되어, 이 영역이 최종적인 표면 정밀도로 마무리된다.
상기 (A) 성형 공정 및 (B) 연삭 공정을 경과한 후, 필요에 따라 열처리나 세정 처리를 실시함으로써 도 1에 도시된 축부재(2)가 완성된다. 이에 따라, 축부(21)의 근방에 플랜지부(22)의 양단면으로 개구되는 관통공(29)이 형성된다. 관통공(29)의 내주면은 단조 가공에 의해 형성된 것이기 때문에, 그 면조도는 양호한 것이 된다.
상기 제조 방법에 의하면, 축부(21) 외주에 형성된 레이디얼 베어링면(23a, 23b)의 원통도를 고정밀도로 마무리할 수 있다. 이에 따라, 예컨대, 동압 베어링 장치(1)에 있어서의 베어링 슬리브(8) 내주의 내주면(8a)의 사이에 형성되는 레이디얼 베어링 간극의, 원주방향 또는 축방향으로의 편차가 소정의 범위내로 억제되 어, 상기 레이디얼 베어링 간극의 편차에 의한 베어링 성능으로의 악영향을 회피할 수 있다. 또한, 축부(21) 외주에 형성된 레이디얼 베어링면(23a, 23b)을 기준으로 한, 플랜지부(22)의 양단면(스러스트 베어링면)(22a, 22b)의 직각도의 수치를 작게 억제한 축부재(2)를 성형할 수도 있다. 플랜지부(22)의 양단면에 형성된 스러스트 베어링면(22a, 22b)은 대향하는 면[베어링 슬리브(8)의 하측단면(8c)이나 하우징(7)의 저부(7b)의 상측단면(7b1) 등] 사이의 스러스트 베어링 간극을 형성하는 것으로부터, 이러한 직각도의 수치를 작게 억제함으로써 상기 스러스트 베어링 간극의 편차를 억제할 수 있다. 또한, 축부의 단면(21b)은 상기 스러스트 베어링 간극을 설정할 때의 기준면으로도 된다. 따라서, 축부 단면(21b)의 직각도의 수치를 작게 억제함으로써 스러스트 베어링 간극을 정밀도 좋게 관리할 수도 있다.
또한, 본 실시형태에서는 축부(21)의 원통면(25)에 대응하는 영역에 마무리 연삭 가공(도 10 참조)을 행하고 있으므로, 원통면(25)의 원통도도 고정밀도로 마무리되고, 디스크 허브(3) 등의 부재를 축부재(2)에 설치할 때의 부착 정밀도를 높일 수 있다. 이에 따라, 디스크(D)를 디스크 허브(3)에 유지하기 위한 클램퍼 등을 축부재(2)에 고정할 때의 정밀도를 높일 수 있고, 클램퍼와 디스크 허브(3)의 사이에서 클램핑 고정되는 디스크(D)의 축부재(2)에 대한 부착 정밀도가 한층 더 높아져서, 한층 더 모터 성능의 향상이 도모된다.
또한, 상기 실시형태에서는 관통공(29)을 스러스트 베어링 간극(W1, W2)에 있어서의 압력의 드롭을 막기 위해서, 플랜지부(22)의 스러스트 베어링면(22a, 22b)[스러스트 베어링 간극(W1, W2)]을 회피하고, 이 베어링면(22a, 22b)보다도 내 경측으로 개구되도록 형성하는 경우를 설명했지만, 다소의 압력의 드롭을 고려하여 동압홈이나 스러스트 베어링 간극을 설정할 수 있는 경우에는 관통공(29)을 스러스트 베어링면(22a, 22b)에 관계되는 위치에 형성하는 것도 가능하다.
이하, 본 발명의 제 2 실시형태를 도 11∼도 16에 의거하여 설명한다. 또한, 도 1∼도 10에 도시된 구성(제 1 실시형태)과 구성ㆍ작용을 동일하게 한 부위 및 부재에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이고, 중복 설명을 생략한다.
도 13은 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(동압 베어링 장치)(101)를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 제 1 구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 정보기기용 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 사용되는 것으로서, 축부재(102)를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치(101)와, 축부재(102)에 설치된 디스크 허브(3)와, 예컨대, 반경방향의 갭을 통해 대향시킨 스테이터 코일(4) 및 로터 마그넷(5)과, 브래킷(6)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4)은 브래킷(6)의 외주에 설치되고, 로터 마그넷(5)은 디스크 허브(3)의 내주에 설치된다. 브래킷(6)은 그 내주에 유체 베어링 장치(101)를 장착하고 있다. 또한, 디스크 허브(3)는 그 외주에 자기 디스크 등의 디스크(D)를 한매 또는 복수매로 유지하고 있고, 디스크(D)는 디스크 허브(3)와 클램퍼(110)의 사이에 유지된다. 이 정보기기용 스핀들 모터는 스테이터 코일(4)에 통전되면 스테이터 코일(4)과 로터 마그넷(5) 사이의 자력에 의해 로터 마그넷(5)이 회전하고, 이에 따라, 디스크 허브(3) 및 축부재(102) 그리고, 디스크 허브(3)와 클램퍼(110)의 사이에 유지된 디스크(D)가 일체가 되어서 회전한다.
도 14는 유체 베어링 장치(101)의 일례를 나타내고 있다. 이 유체 베어링 장치(101)는 일단에 저부(7b)를 갖는 하우징(7)과, 하우징(7)에 고정된 슬리브 부재로서의 베어링 슬리브(8)와, 베어링 슬리브(8)의 내주에 삽입되는 축부재(102)와, 씰부재(9)를 주요 구성부품으로 하여 구성된다. 또한, 설명의 편의상, 하우징(7)의 저부(7b)측을 하측, 저부(7b)의 반대측을 상측으로 하여 이하 설명한다.
축부재(102)는 예컨대, 도 11에 도시된 바와 같이, 스테인레스 강 등의 금속재료로 형성되고, 축부(121)와, 축부(121)의 하단에 설치된 플랜지부(122)를 일체로 구비하는 T자형 단면을 이룬다. 축부(121)의 외주에는 제 1 실시형태와 마찬가지로 도 4에 도시된 바와 같이, 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)에 형성된 두개의 동압홈(8a1, 8a2) 형성 영역에 대향하는 레이디얼 베어링면(123a, 123b)이 축방향으로 이격되어 2개소 형성되어 있다. 한쪽의 레이디얼 베어링면(123a)의 상방에는 축선단을 향하여 점차 직경이 축소되는 테이퍼진 면(124)이 인접해서 형성되고, 또한, 그 상방에 디스크 허브(3)의 부착부가 되는 원통면(125)이 형성되어 있다. 두개의 레이디얼 베어링면(123a, 123b)의 사이, 타방의 레이디얼 베어링면(123b)과 플랜지부(122)의 사이, 및 테이퍼진 면(124)과 원통면(125)의 사이에는 각각 고리형의 오목부(126, 127, 128)가 형성되어 있다.
축부(121) 중 반 플랜지부(122)측의 단면(121b)의 축심상에는 클램퍼(110)를 축부재(2)에 나사 고정하기 위한 나사 구멍(131)이 형성되어 있다. 나사 구멍(131)의 개구측 내주에는 클램퍼(110) 고정용 나사(111)와 나사 결합되는 나사부(132)가 형성되어 있는 것 이외에, 나사 구멍(131)의 저부에는 예컨대, 도 12에 도시된 바 와 같이, 나사부(132)의 형성에 앞서 형성된 아래구멍(133)이 남아있다.
상기 축부재(102)의 축부(121) 상단에 형성된 원통면(125)에, 디스크 허브(3)를 예컨대, 접착, 압입 등의 수단에 의해 고정한다. 그리고, 나사(111)를 축부(121)에 형성된 나사 구멍(131)에 클램퍼(110)를 통해 조임으로써 클램퍼(110)를 디스크 허브(3)에 고정하고, 디스크(D)를 디스크 허브(3)의 상면 외경측 및 클램퍼(110)의 하면 외경측에 형성된 클램핑면(3a, 110a) 사이에 유지한다.
상기한 바와 같이 하여, 디스크 허브(3)에 디스크(D)를 유지한 유체 베어링 장치(101)가 도 14에 도시된 바와 같이 구성된다. 이 때, 축부(121)의 테이퍼진 면(124)과 테이퍼진 면(124)에 대향하는 씰부재(9)의 내주면(9a)의 사이에는 하우징(7)의 저부(7b)측으로부터 상방을 향하여 반경방향 치수가 점차 확대되는 고리형의 씰공간(S)이 형성된다. 조립 완료후의 유체 베어링 장치(101)(도 14 참조)에 있어서는 씰공간(S)의 범위내에 유면이 유지된다.
상기한 바와 같이 구성된 유체 베어링 장치(101)에 있어서, 축부재(102)를 회전시키면, 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 동압홈(8a1, 8a2) 형성 영역(상하 2개소)과, 이 동압홈(8a1, 8a2) 형성 영역에 각각 대향하는 축부(121)의 레이디얼 베어링면(123a, 123b) 사이의 레이디얼 베어링 간극에 형성되는 윤활유막의 압력이 동압홈(8a1, 8a2)의 동압작용에 의해 높아진다. 그리고, 이 유막의 압력에 의해, 축부재(102)를 레이디얼 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R11)와 제 2 레이디얼 베어링부(R12)가 형성된다. 또한, 베어링 슬리브(8)의 하측단면(8c)에 형성되는 동압홈(8c1) 형성 영역과 이 동압홈(8c1) 형성 영역에 대향하는 플랜지부(122) 상측(축부측)의 스러스트 베어링면(122a) 사이의 제 1 스러스트 베어링 간극, 및 저부(7b)의 상측단면(7b1)에 형성되는 동압홈 형성 영역과, 이 면과 대향하는 플랜지부(122) 하측(반축부측)의 스러스트 베어링면(122b) 사이의 제 2 스러스트 베어링 간극에 형성되는 윤활유막의 압력이 동압홈의 동압작용에 의해 높아진다. 그리고, 이 유막의 압력에 의해, 축부재(102)를 스러스트 방향으로 회전 가능하게 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T11)와 제 2 스러스트 베어링부(T12)가 형성된다.
이하, 상기 유체 베어링 장치(101)를 구성하는 축부재(102)의 제조 방법에 대해서 설명한다.
축부재(102)는 주로 (C) 성형 공정, (D) 연삭 공정의 2공정을 경과하여 제조된다. 이 중의 (C)의 성형 공정에, 단조 가공(C-1)과, 나사부 전조 가공(C-2)과, 교정 가공(C-3)이 포함되고, (D)의 연삭 공정에, 폭 연삭 가공(D-1)과, 전면 연삭 가공(D-2)과, 마무리 연삭 가공(D-3)이 포함된다.
(C) 성형 공정
(C-1) 단조 가공
우선, 성형해야 할 축부재(102)의 소재가 되는 스테인레스 강 등의 금속재를 금형을 사용하여 예컨대, 냉간에서 압축성형(소성변형)함으로써, 예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이, 축부 대응 영역(이하, 단지 축부라고 함)(113) 및 플랜지부 대응 영역(이하, 단지 플랜지부라고 함)(114)을 일체로 갖는 축소재(112)를 성형한다(단조 가공). 또한, 축소재(112)를 상기 단조 가공에 의해 성형함과 아울러, 축 부(113)의 단부에 나사 구멍(131)(도 11 참조)을 형성하기 위한 아래구멍(133)을 단조(예컨대, 후방 압출)에 의해 성형한다.
이 때, 단조에 의해 축소재(112)와 동시에 성형된 아래구멍(133)의 내주에는 도 15에 도시된 바와 같이 직경이 일정한 원통면(134)이 형성되고, 그 저부에는 원통면(134)과 연속해서 연결되는 원추면(135)이 형성된다. 원추면(135)과 원통면(134) 사이의 연결부(134a)에는 도 16에 도시된 바와 같이, 원추면(135)과 원통면(134)을 매끄러운 모양으로 연결하는 R면이 형성되고, 또한, 원추면(135)의 정상부(135a)에는 마찬가지의 R면이 형성된다. 이것을 다르게 보면, 아래구멍(133)을 단조할 때에, 금속재에 압입된 핀의 선단형상에 따라서 소성변형한 것이다. 즉, 도시하진 않았지만, 핀 선단에는 원추면이 형성됨과 아울러 핀의 외주에는 원통면이 형성되고, 원추면과 원통 외주면의 연결부나, 원추면의 정상부는 에지를 둔화시킨 형상(여기서는 모두 R면 형상)을 이룬다.
이러한 핀 형상으로 함으로써(본 실시형태에서는 핀의, 원추면과 원통면 사이의 연결부나, 원추면의 정상부를 각각 R면으로 함으로써), 핀을 금속재에 압입할 때, 금속재[축소재(112)]의, 연결부(134a) 대응 개소 또는 정상부(135a) 대응 개소에 있어서의 응력집중이 완화된다. 이에 따라, 아래구멍(133) 성형시(단조 가공시)의 수율을 향상시키고, 아래구멍(133)을 확실하게 성형할 수 있다. 또한, 연결부(134a) 또는 정상부(135a)에 예컨대, R면을 형성할 때, R면의 직경은 원추면(135)의, 핀 압입시에 있어서의 핀의 가이드 기능이 유지되는 정도로 크게 하는 것이 가능하다. 이에 따라, 핀 압입시의 연결부(134a) 대응 개소 또는 정상 부(135a) 대응 개소에 있어서의 응력완화와, 핀 선단에 형성된 원추면의, 피가공재로의 압입시에 있어서의 압입 방향의 가이드 기능을 양립시켜서, 확실하고 정확한 아래구멍(133)의 성형이 가능하게 된다.
상기한 바와 같이, 아래구멍을 단조로 성형하는 때에는 그 감면율에도 유의 할 필요가 있다. 감면율은 가공전의 소재 단면적에 대한 가공후의 소재 단면적의 감소 비율을 나타내는 것으로서, 본 실시형태와 같이, 축상의 금속재[축소재(112)]에 아래구멍(133)을 단조(주로 압출) 성형하는 경우, 감면율(RA)은 예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이, 축소재(112)에 있어서의 축부(113)의 단부 외경을 d1, 단조 성형하는 아래구멍(133)의 구경을 d2로 하여, RA=(πd22/4)/(πd12/4)×100[%]로 표시된다.
단조 성형은 기본적으로 가공 대상이 되는 소재의 압축 성형을 주로 하기 때문에 필요한 가공 압력, 또는 가공 가능한 가공 압력은 피가공재의 연성이나 강도, 성형형의 내구성(내마모성이나 강도 등)에 좌우된다. 따라서, 이 조건하에서 성형성을 확보하면서 충분한 치수 정밀도를 얻으려고 하면, 필연적으로 치수상의 가공 한계가 발생한다. 이러한 관점으로부터, 예컨대, 피가공재[축소재(112)]의 재료로서 스테인레스 강 등의 강재를 사용하는 경우, 감면율(RA)은 20%∼75%의 범위내에 들어가는 것이 바람직하다. 이 중 상한으로서는 70%가 보다 바람직하고, 하한값으로서는 25%가 보다 바람직하다. 또한, 성형하는 아래구멍(133)의 축방향 길이에도 상기의 이유로 적절한 범위가 존재하고, 예컨대, 아래구멍(133)의 축방향 길이(깊 이)(E)가, 최대로 2.0×d2∼3.0×d2의 범위내에 들어가도록 아래구멍(133)의 치수[애스펙트(aspect) 비]를 정하는 것이 바람직하다.
또한, 축소재(112)의 단조 가공시, 축소재(112)의 형상이나 그 성형 실시형태에 따라서는 축소재(112)의 선단부에까지 압축력이 충분히 전해지지 않고, 선단부에 있어서의 변형이 부족하게될 가능성이 있다. 이에 반하여, 본 실시형태에서는 축소재(112)의 단조 성형과 동시에, 축부(113)의 선단부에 나사 구멍(131)의 아래구멍(133)을 단조로 성형하였으므로 원래 아래구멍(133)에 존재한 물질이 아래구멍(133)의 주위로 압출되어 선단부가 외경측이나 축단측으로 돌출된다. 따라서, 단조시, 축소재(112)의 선단부에 있어서의 변형이 부족하게 되는 사태를 가능한 한 피해서 선단부를 성형할 수 있다.
또한, 상기 성형 공정에 있어서의 냉간 단조의 방식으로서는 상기 압출 가공(전방 압출이나 후방 압출) 이외에 업셋팅 가공, 헤딩 가공 등의 어느 쪽, 또는 이것들의 조합을 채용할 수도 있다. 도시예에서는 단조 가공후의 축부(113)의 외주면(113a)을, 테이퍼진 면(115) 및 테이퍼진 면(115)과 상방을 향하여 연속된 다른 개소보다 작은 직경의 원통면(116)을 개재시킨 상이한 직경 형상으로 하고 있지만, 테이퍼진 면(115)을 생략하여 전체길이에 걸쳐서 균일한 직경으로 성형할 수도 있다.
(C-2) 나사부 전조 가공
선행 공정에 있어서 단조 성형된 축소재(112)의 아래구멍(133)에, 예컨대, 도시하진 않았지만, 전조탭 등의 전조 공구를, 축소재(112)와의 사이에서 상대회전 시키면서, 아래구멍(133)을 향하여 압입한다. 이에 따라, 전조탭의 외주형상이 아래구멍(133) 내주의 원통면(134)에 롤링됨으로써 나사부(132)의 밸리(valley)(132a)가 성형됨과 아울러 밸리(132a)의, 롤링에 의해 압출되는 부분의 물질이 그 인접 영역에 고조되고, 나사부(132)의 피크(132b)가 성형된다(도 15 또는 도 16 참조).
이와 같이, 나사 구멍(131)을 형성하기 위해 아래구멍(133)을 단조로 성형하고, 단조 성형한 아래구멍(133)의 내주에, 전조 가공에 의해 나사부(132)를 성형하도록 했으므로, 즉, 나사 구멍(131)을 소성 가공으로 형성하도록 했으므로, 절삭 가공 등의 기계 가공에 의해 발생하는 절삭편(절삭분 등)이 대폭 억제된다. 따라서, 절삭편이 조립시에 있어서 다른 베어링 구성부품(모터 구성부품도 포함)에 오염물질로서 부착되고, 사용시에 있어서 예컨대, 유체 베어링 장치(101)의 내부를 충만시키는 윤활유에 혼입되거나, 또는 디스크(D)에 전착됨으로써 디스크 크래쉬가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 축소재(112)와 나사 구멍(131)의 아래구멍(133)을 공통의 단조 공정으로 성형함으로써 이러한 성형 공정이 간략화되어 가공 가격이 저감됨과 아울러 성형 가공 전후에서 절삭편 등의 낭비를 줄일 수 있기 때문에, 재료를 효율적으로 사용할 수 있고, 재료 가격의 대폭적인 저감화가 도모된다. 또는, 단조 가공이나 전조 가공을 채용함으로써 사이클 타임의 단축이 도모되기 때문에 생산성의 향상으로도 이어진다.
(C-3) 교정 가공
단조 가공에 의해 성형된 축소재(112)의 치수 정밀도, 특히 완성품으로서의 축부재(102)의 축부 외주면에 대응하는 면(이하, 단지 축부 외주면이라고 함)(113a)의 원통도를 높이기 위해서, 단조 가공후의 축소재(112)의 축부 외주면(113a)에, 원통도 교정을 위한 소성 가공을 시행한다. 이에 따라, 축소재(112)의 축부 외주면(113a) 중 축부(113)의 최외경면(117)이 교정되어, 교정 가공을 시행한 면(117)의 원통도가 소망하는 범위내(예컨대, 10㎛ 이하)로 개선된다. 이와 동시에, 축부(113) 상단의 원통면(116)에도 교정 가공이 시행되어, 원통면(116)의 원통도가 마찬가지로 개선된다. 한편, 원통도의 교정 가공에는 전조 가공을 비롯해, 조임 가공이나 아이어닝 가공, 또는 분해형 프레스(니핑)에 의한 사이징 가공(sizing) 등등, 여러가지 가공 방법을 채용할 수 있다.
(D) 연삭 공정
(D-1)폭 연삭 가공
교정 가공을 거친 축소재(112)의 양단면이 되는 축부 단면(113b) 및 플랜지부(114)의 반축부측 단면(114b)(도 15 참조)을, 축부 외주면(113a) 중 상기 교정 가공을 시행한 최외경면(117)을 기준으로 하여 연삭 가공한다(제 1 연삭 공정). 이 연삭 공정에 사용되는 연삭 장치는 제 1 실시형태와 마찬가지로, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 워크피스로서의 축소재(112)를 복수 유지하는 캐리어(41)와, 캐리어(41)에 의해 유지된 축소재(112)의 축부 단면(113b), 및 플랜지부(114)의 반축부측 단면(114b)을 연삭하는 한 쌍의 지석(42, 42)을 구비하고 있다. 또한, 이외의 연삭 장치(40)의 구성은 제 1 실시형태에 준하므로 관계되는 설명을 생략한다.
캐리어(41)의 회전에 따라 축소재(112)가 정위치로부터 노치(43)에 순차 투 입된다. 투입된 축소재(112)는 노치(43)로부터의 탈락을 벨트(44)로 구속된 상태로, 회전하는 지석(42, 42)의 단면상을 그 외경단으로부터 내경단에 걸쳐서 횡단한다. 이에 반하여, 축소재(112)의 양단면, 즉, 축부 단면(113b)과 플랜지부(114)의 반축부측 단면(114b)이 지석(42, 42)의 단면에 의해 연삭된다. 또한, 축소재(112)의 축방향폭[플랜지부(114)를 포함시킨 전체길이]이 소정 치수로 마무리된다.
(D-2) 전면 연삭 가공
이어서, 연삭한 축소재(112)의 양단면(113b, 114b)[축부재(102)의 양단면(121b, 122b)]을 기준으로 하여 축소재(112)의 외주면(112a) 및 플랜지부(114)의 축부측 단면(114a)의 연삭 가공을 행한다(제 2 연삭 공정). 이 연삭 공정에 사용되는 연삭 장치는 제 1 실시형태와 마찬가지로, 도 9에 도시된 바와 같이, 백 플레이트(54) 및 프레셔 플레이트(55)를 축소재(112)의 양단면에 가압하면서 지석(53)로 플런지 연삭하는 것이다. 축소재(112)의 교정 가공면(117)은 슈(52)에 의해 회전 가능하게 지지된다. 또한, 이외의 연삭 장치(50)의 구성은 제 1 실시형태에 준하므로 관계되는 설명을 생략한다.
상기 구성의 연삭 장치(50)에 있어서의 연삭 가공은 이하의 순서로 행하여진다. 우선, 축소재(112) 및 지석(53)을 회전시킨 상태로 지석(53)을 경사 방향(도 9 중 화살표1 방향)으로 보내고, 축소재(112)의 플랜지부 축부측 단면(114a)에 지석(53)의 평면 연삭부(56b)를 가압하고, 주로 축부측 단면(114a)를 연삭한다. 이에 따라, 축부재(102)의 플랜지부(122)에 있어서의 축부측 단면(122a)이 형성된다. 이어서, 지석(53)을 축소재(112)의 회전축심과 직교하는 방향(도 9 중 화살표2 방향) 으로 보내고, 축소재(112)의 축부(113)의 외주면(113a) 및 플랜지부(114)의 외주면(114c)에 지석(53)의 원통 연삭부(56a)를 가압하여, 각 면(113a, 114c)을 연삭한다. 이에 따라, 축부재(102)의 축부(121) 외주면 중 레이디얼 베어링면(123a, 123b) 및 원통면(125)에 대응하는 영역이 각각 연삭됨과 아울러 테이퍼진 면(124), 플랜지부(122)의 외주면(122c), 그리고 각 오목부(126∼128)가 형성된다.
(D-3) 마무리 연삭 가공
(D-2) 전면 연삭 가공으로 연삭을 시행한 면 중 축부재(102)의 레이디얼 베어링면(123a, 123b), 및 원통면(125)에 대응하는 영역에 최종적인 마무리 연삭을 시행한다. 이 연삭 가공에 사용되는 연삭 장치는 제 1 실시형태와 마찬가지로, 도 10에 도시된 원통 연삭반으로 백 플레이트(64)와 프레셔 플레이트(65) 사이에 유지된 축소재(112)를 회전시키면서, 지석(63)에 의해 플런지 연삭하는 것이다. 또한, 이외의 연삭 장치(60)의 구성은 제 1 실시형태에 준하므로 관계되는 설명을 생략한다.
상기 구성의 연삭 장치(60)에 있어서, 회전하는 지석(63)에 반경방향의 급송을 제공함으로써 레이디얼 베어링면(123a, 123b) 및 원통면(125)에 대응하는 영역이 각각 연삭되어, 이 영역이 최종적인 표면 정밀도로 마무리된다.
상기 (C) 성형 공정 및 (D) 연삭 공정을 경과한 후, 필요에 따라 열처리나 세정 처리를 실시함으로써 도 11에 도시된 축부재(102)가 완성된다.
상기 제조 방법에 의해 제조된 축부재(102)이면, 아래구멍(133)을 고정밀도로 성형함으로써 나사 구멍(131)의 성형 정밀도, 예컨대, 축부재(102)의 축선에 대 한 나사부의 피치원 중심선의 동축도를 0.2mm 이하로 억제할 수 있다. 또한, 상기 제조 방법에 의하면, 축부(121) 외주에 형성된 레이디얼 베어링면(123a, 123b)을 기준으로 한, 플랜지부(122)의 양단면(스러스트 베어링면)(122a, 122b)의 직각도 및 축부 단면(121b)의 직각도의 수치를 각각 작게 억제한 축부재(102)를 성형할 수도 있다. 이 중, 축부의 단면(121b)은 축부(121) 외주면이나 플랜지부(122)의 상측단면[스러스트 베어링면(122a)측]을 연삭 가공할 때의 기준면이 될뿐만 아니라, 디스크 허브(3)와의 사이에서 디스크(D)를 유지하여 고정하는 클램퍼(110)를 축부재(102)에 고정(나사 고정)할 때의 접촉면으로도 된다.
따라서, 상기한 바와 같이, 나사 구멍(131)의 성형 정밀도[특히 나사부(132)의 동축도]를 높임과 아울러 축부 단면(121b)의 직각도의 수치를 작게 억제함으로써 클램퍼(110)의 축부재(102)로의 부착 정밀도를 높일 수 있다. 이 결과, 디스크(D)를 축부재(102)에 대한 직각도의 수치를 작게 억제한 상태로 고정할 수 있고, 축부재(102)의 회전시, 디스크(D)의 축부재(102)에 대한 진동을 억제하여 양호한 디스크의 회전을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제조 방법에 의하면, 축부(121) 외주에 형성된 레이디얼 베어링면(123a, 123b)의 원통도를 고정밀도로 마무리할 수도 있다. 이에 따라, 예컨대, 유체 베어링 장치(101)에 있어서의 베어링 슬리브(8) 내주의 사이에 형성되는 레이디얼 베어링 간극의 원주방향 또는 축방향으로의 편차가 소정의 범위내로 억제되어 상기 레이디얼 베어링 간극의 편차에 의한 베어링 성능으로의 악영향을 회피할 수 있다. 또한, 축부(121)의 원통면(125)에 대응하는 영역에 마무리 연삭 가공(도 10 참조)을 행함으로써 원통면(125)의 원통도도 고정밀도로 마무리되어 디스크 허브(3)등의 부재를 축부재(102)에 설치할 때의 부착 정밀도가 높아진다. 이에 따라, 클램퍼(110) 및 클램퍼(110)와 디스크 허브(3)의 사이에서 클램핑 고정되는 디스크(D)의 축부재(102)에 대한 부착 정밀도가 한층 더 향상되어, 더욱더 모터 성능의 향상이 도모된다.
또한, 상기 실시형태에서는 아래구멍(133)의 원추면(135)과 원통면(134) 사이의 연결부(134a)에 R면을 형성하고, 원추면(135)의 정상부(135a)에 R면이 형성된 것을 예시했지만, 특히 이 형상으로 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 연결부(134a)이면, 원추면(135)과 원통면(134)을 부드러운 모양으로 연결하는 면이 형성되어 있으면 좋다. 또한, 정상부(135a)이면, 정상부(135a)를 제거한 면이 형성되어 있으면 좋고, R면 이외에, 예컨대, 정상부(135a)를 제거해서 평면(절두 원추면)이 형성되어 있어도 상관없다.
이하, 본 발명의 제 3 실시형태를 도 17∼도 23에 의거하여 설명한다.
도 18은 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(201)를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 제 1 구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 사용되는 것으로, 허브(203)를 고정한 축부재(202)를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치(동압 베어링 장치)(201)와, 예컨대, 반경방향의 갭을 통해 대향시킨 스테이터 코일(204) 및 로터 마그(205)과, 브래킷(206)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(204)은 브래킷(206)의 외경측에 설치되고, 로터 마그넷(205)은 허브(203)의 외주에 설치되어 있다. 유체 베어링 장치(201)의 베어링 부재(207)는 브래킷(206)의 내주에 고정된다. 또한, 허브(203)에는 디스크(D)가 한매 또는 복수매로 유지된다. 동도에서는 2매의 디스크(D)가 허브(203)에 유지되어 있다. 이렇게 구성된 스핀들 모터에 있어서, 스테이터 코일(204)에 통전되면 스테이터 코일(204)과 로터 마그넷(205)의 사이에 발생하는 여자력에 의해 로터 마그넷(205)이 회전하고, 이에 따라, 축부재(202) 및 축부재(202)에 고정된 허브(203)에 유지된 디스크(D)가 축부재(202)와 일체로 회전한다.
도 19는 유체 베어링 장치(201)를 나타내고 있다. 이 유체 베어링 장치(201)는 일단을 개구시킨 베어링 부재(207)와, 베어링 부재(207)의 내주에 삽입되어 베어링 부재(207)에 대하여 상대 회전하는 축부재(202)를 주로 구비한다. 또한, 설명의 편의상, 베어링 부재(207)를 구성하는 하우징부(209)의 저부(209b)측을 하측, 저부(209b)의 반대측을 상측으로 하여 이하 설명한다.
베어링 부재(207)는 적어도 축방향 일단을 개구시킨 형상을 하는 것으로서, 본 실시형태에서는 거의 원통형의 슬리브부(208)와, 슬리브부(208)의 외경측에 위치하는 하우징부(209)를 별체로 구비하고 있다.
슬리브부(208)는 예컨대, 금속제의 비공질체 또는 소결 금속으로 이루어지는 다공질체로 원통형으로 형성된다. 본 실시형태에서는 슬리브부(208)는 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통형으로 형성되어, 하우징부(209)의 내주면[대경면(209c)]에, 예컨대, 접착[루즈(loose) 접착, 압입 접착을 포함], 압입, 용착(예컨대, 초음파 용착) 등, 적당한 수단으로 고정된다. 물론, 슬리브부(208)를 수지나 세라믹 등, 금속 이외의 재료로 형성하는 것도 가능하다.
슬리브부(208)의 내주면(208a)의 전면 또는 일부 원통 영역에는 레이디얼 동압 발생부로서 복수의 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 본 실시형태에서는 예컨대, 도 4와 마찬가지로, 복수의 동압홈을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 축방향으로 이격되어 2개소 형성된다.
슬리브부(208)의 하단면(208b)의 전면 또는 일부 고리형 영역에는 스러스트 동압 발생부로서, 예컨대, 도 5와 마찬가지로, 복수의 동압홈을 나선 상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압홈의 형성 영역은 스러스트 베어링면으로서, 플랜지부(222)의 상단면(222a)과 대향하고, 축부재(202)의 회전시에는 상단면(222a)과의 사이에 후술하는 제 1 스러스트 베어링부(T21)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 19 참조).
하우징부(209)는 금속 또는 수지로 형성되어 통부(209a)와, 통부(209a)의 하단에 일체 또는 별체로 형성된 저부(209b)를 갖는다. 본 실시형태에서는 저부(209b)는 통부(209a)와 일체로 형성되어 있다.
저부(209b)의 상단면(209b1)의 전면 또는 일부 고리형 영역에는 스러스트 동압 발생부로서, 예컨대, 도 5와 마찬가지로, 복수의 동압홈을 나선 형상(나선의 방향은 도 5와 반대)으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압홈의 형성 영역은 스러스트 베어링면으로서, 플랜지부(222)의 하단면(222b)과 대향하고, 축부재(202)의 회전시에는 하단면(222b)과의 사이에 후술하는 제 2 스러스트 베어링부(T22)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 19 참조).
하우징부(209)의 내주면은 슬리브부(208)가 고정되는 대경면(209c)과, 대경면(209c)의 하단에 형성되어 대경면(209c)보다도 직경이 작은 소경면(209d)으로 주로 구성된다. 본 실시형태에서는 대경면(209c)과 소경면(209d) 사이의 단부에 상단면(209e)이 형성되어, 슬리브부(208)의 하단면(208b)이 상단면(209e)에 접한 상태에서는 슬리브부(208)의 하단면(208b)으로부터 저부(209b)의 상단면(209b1)까지의 축방향폭이 소경면(209d)의 축방향 치수와 일치하게 되어 있다. 따라서, 소경면(209d)의 축방향 치수를 고정밀도로 관리함으로써 후술하는 스러스트 베어링 간극(의 총화)을 고정밀도로 얻을 수 있다.
씰 수단으로서의 씰부(210)는 예컨대, 금속재료나 수지재료로 하우징부(209)와는 별체로 형성되고, 하우징부(209)의 통부(209a)의 상단부 내주에 압입, 접착, 용착, 용접 등의 수단으로 고정된다. 본 실시형태에서는 씰부(210)의 고정은 씰부(210)의 하단면(210b)이 슬리브부(208)의 상단면(208d)에 접한 상태로 행하여진다(예컨대, 도 19 참조).
씰부(210)의 내주면(210a)에는 테이퍼진 면이 형성되어 있고, 이 테이퍼진 면과, 테이퍼진 면에 대향하는 축부(221)의 외주면의 사이에는 상방을 향하여 반경방향 치수가 점차 확대하는 고리형의 씰공간(S2)이 형성된다. 씰부(210)에서 밀봉된 하우징부(209)의 내부공간에는 윤활유가 주유되어, 하우징부(209) 내부가 윤활유로 충만된다(도 19 중 점이 찍힌 영역). 이 상태에서는 윤활유 유면은 씰공간(S2)의 범위내에 유지된다.
축부재(202)는 도 17에 도시된 바와 같이, 스테인레스 강 등의 금속재료로 형성되고, 축부(221)와 축부(221)의 하단에 형성된 플랜지부(222)를 일체로 구비하는 T자형 단면을 이룬다. 축부(221)의 외주에는 슬리브부(208)의 내주면(208a)에 형성된 상하 2개소의 동압홈 형성 영역에 각각 대향하는 레이디얼 베어링면(223a, 223b)이 축방향으로 이격되어 2개소 형성되어 있다.
선단부(224)의 선단면(224a)에는 오목부(225)가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는 오목부(225)는 소성 가공면(225a)으로 이루어지고, 선단면(224a)측으로부터 축부(221) 중앙측을 향하여 점차 직경이 감소하는 형상을 한다. 플랜지부(222)의 축방향반대측에 위치하는 축부(221)의 선단부(224)에는 원통형의 외주면(224b)이 형성되고, 이 외주면(224b)에 허브(203)가 압입, 접착 등의 수단으로 고정된다. 또한, 두개의 레이디얼 베어링면(223a, 223b)의 사이, 하측의 레이디얼 베어링면(223b)과 플랜지부(222)의 사이, 및 상측의 레이디얼 베어링면(223a)과 외주면(224b)의 사이에는 각각 고리형의 오목부(226, 227, 228)가 형성되어 있다.
상기 구성의 유체 베어링 장치(201)에 있어서, 축부재(202)의 회전시, 슬리브부(208)의 내주면(208a)에 형성된 동압홈 형성 영역은 대향하는 축부(221)의 레이디얼 베어링면(223a, 223b)의 사이에 레이디얼 베어링 간극을 형성한다. 그리고, 축부재(202)의 회전에 따라 상기 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 동압홈의 축방향 중심측(도 4 참조)으로 압입되어 그 압력이 상승된다. 이와 같이, 동압홈에 의해 발생하는 윤활유의 동압작용에 의해, 축부(221)를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R21)와 제 2 레이디얼 베어링부(R22)가 각각 구성된다.
이와 동시에, 슬리브부(208)의 하단면(208b)(동압홈 형성 영역)과 이것에 대향하는 플랜지부(222)의 상단면(222a) 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 하우징부(209)의 저부 상단면(209b1)에 형성되는 동압홈 형성 영역과 이것에 대향하는 플랜지부(222)의 하단면(222b) 사이의 스러스트 베어링 간극에 형성되는 윤활유막의 압력이 동압홈의 동압작용에 의해 높아진다. 그리고, 이 유막의 압력에 의해, 플랜지부(222)[축부재(202)]를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T21)와 제 2 스러스트 베어링부(T22)가 각각 구성된다.
이하, 상기 유체 베어링 장치(201)를 구성하는 축부재(202)의 제조 방법에 대하여 설명한다.
축부재(202)는 주로 성형 공정(E), 연삭 공정(F)의 2공정을 경과하여 제조된다. 이 중 (E)의 성형 공정에는 축소재 단조 가공(E-1)과 축부 교정 가공(E-2)이 포함된다. 또한, (F)의 연삭 공정에는 폭 연삭 가공(F-1)과, 전면 연삭 가공(F-2)과, 마무리 연삭 가공(F-3)이 포함된다. 본 실시형태에서는 (E-1) 축소재 단조 가공을 중심으로 설명한다.
(E) 성형 공정
(E-1) 축소재 단조 가공
우선, 성형해야 할 축부재(202)의 소재가 되는 스테인레스 강 등의 봉상의 금속재를, 금형을 사용하여 예컨대, 냉간에서 압축성형함으로써(단조 가공), 예컨대, 도 20에 도시된 바와 같이, 축부 대응 영역(이하, 단지 축부라고 함)(213) 및 플랜지부 대응 영역(이하, 단지 플랜지부라고 함)(214)을 일체로 갖는 축소재(212) 가 형성된다[축소재 단조 가공(E-1)].
이와 같이, 축소재(212)를 단조로 성형하면, 가공에 따른 절삭분 등이 발생할 일이 없으므로, 소재의 낭비를 줄일 수 있음과 아울러 가공후의 세정 공정을 간략화할 수 있다. 또한, 프레스 작업이기 때문에 축소재(212) 한개당 사이클 타임을 단축할 수 있어 생산성이 향상된다.
상기 단조 가공의 방식으로서는 압출 가공, 업셋팅 가공을 비롯한 다양한 가공법이 사용 가능하여 그 성형품 형상에 적합한 가공 방식이 선택된다. 예컨대, 도 20에 도시된 형상의 축소재(212)이면, 축부(213)의 성형 정밀도를 높이기 위해서, 예컨대, 도 21에 도시된 바와 같이, 미리 다른 단조 성형으로 선재로부터 조성형한 축소재(212)를, 금형(216, 217)의 형 클램핑(mold clamping)에 의해 축방향으로 압축하여 축부(213)를 직경방향으로 돌출시키는 방식이 채용 가능하다.
이 경우, 플랜지부(214)나 축부(213)의 플랜지부(214)측 단부 등, 금형(216, 217)의 분할면에 가까운 개소에서는 충분한 압축력을 가할 수 있지만, 플랜지부(214) 반대측의 축부(213)의 선단부(215) 등, 분할면으로부터 벗어난 개소에서는 압축력이 충분히 전해지기 어렵다. 따라서, 특히 선단부(215)에서는 압축에 따르는 직경방향으로의 변형이 부족하게 되고, 예컨대, 도 22에 도시된 바와 같이, 선단면(215a)에 근접함에 따라서 축부(213)의 선단부(215)가 앞이 가늘어지는 형상이 되기 쉽다.
이에 반하여, 금형(217)의 선단면(215a)에 대응하는 성형면(217a)의 중심부에, 예컨대, 도 23에 도시된 형상의 돌출부(218)를 형성하면, 축부 선단부(215)의 선단면(215a)에 돌출부(218)에 대응한 형상의 오목부(225)가 성형된다. 이 오목부(225)는 선단면(215a)에 돌출부(218)를 압입하고, 대응하는 영역을 소성변형시킴으로써성형된 것이기 때문에, 이러한 소성변형에 의해 선단부(215)가 돌출되고, 이에 따라, 선단부(215)에 있어서의 소성변형의 부족분을 보충할 수 있다. 본 실시형태에서는 외경방향으로의 소성유동이 축방향에서 균등하게 발생하고, 외주면(215b)이 금형(217)의 내주면(217a)에 대응한 형상에까지 돌출됨으로써 선단부(215)의 앞이 가늘어짐을 회피하고, 균일한 직경의 선단부(215)를 형성할 수 있다.
또한, 이 도시예에서는 선단면(215a)에 오목부(225)를 성형함으로써 선단부(215)를 돌출시켜, 외주면(215b)의 직경이 일정하게 되는 형상에까지 선단부(215)를 변형시킨 경우를 설명했지만, 반드시 여기까지 돌출시킬 필요는 없다. 예컨대, 선단부(215)를 후술하는 연삭 공정에 의해 최종마무리 형상에 도달할 때까지 돌출시키도록 오목부(225)[돌출부(218)]의 형상이나 그 사이즈를 정하면 좋다. 본 실시형태에 의하면, 완성품으로서의 축부재(202)의 선단부(224)의 최종마무리 형상은 선단부(224)의 외주면(224b)과, 선단면(224a)과, 양면(224a, 224b) 사이에 형성되는 챔퍼(224c)로 정해진다. 따라서, 이 경우에는 각 면(224a, 224b, 224c)으로 정해지는 형상보다도 약간 크게 돌출시킴으로써 후속의 연삭 공정이 가능해 지고, 높은 치수 정밀도를 갖는 축부재(202)를 얻을 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 오목부(225)를, 선단면(224a)측으로부터 축부(221) 중앙측을 향하여 점차 직경이 감소되는 형상으로 했으므로, 오목부(225)의 소성 가공시, 선단면(215a)의 측에 근접할수록 외경방향으로의 변형량이 커진다. 따라서, 오목부(225)를 이러한 형상으로 성형함으로써 선단부(215)의 앞이 가늘어짐을 방지하여 축부(213)를 더욱 고정밀도로 성형할 수 있다.
단조 성형 공정으로서는 상기한 바와 같이 2 이상의 단조 공정으로 나누어서 행하는 것 이외에 예컨대, 일정한 직경의 선재를 한번의 단조 공정으로 행하는 것도 가능하다. 또한, 본 실시형태에서는 축소재(212)의 성형과, 오목부(225)의 성형을 공통의 성형 금형을 사용하여 행하는 경우를 설명했지만, 양자의 형성을 반드시 동시에 행할 필요는 없다. 예컨대, 축소재(212)를 단조 성형한 후에, 오목부(225)를 단조로 성형해도 상기와 마찬가지의 작용을 얻을 수 있다.
(E-2) 교정 가공
단조 가공에 의해 성형된 축소재(212)의 치수 정밀도, 특히 완성품으로서의 축부재(2)의 축부 외주면에 대응하는 면(이하, 단지 축부 외주면이라고 함)(213a)의 원통도를 높이기 위해서, 단조 가공후의 축소재(212)의 축부 외주면(213a)에, 원통도 교정을 위한 소성 가공을 시행한다. 이에 따라, 축소재(212)의 축부 외주면(213a)이 교정되어, 교정 가공을 시행한 면(213a)의 원통도가 소망의 범위내(예컨대, 10㎛ 이하)로 개선된다. 선단부(215)의 외주면(215b)이 축부 외주면(213a)과 동일한 직경으로 성형되어 있는 경우에는 외주면(215b)에도 교정 가공이 시행되어, 외주면(215b)의 원통도가 마찬가지로 개선된다.
(F) 연삭 공정
(F-1) 폭 연삭 가공
교정 가공을 거친 축소재(212)의 양단면이 되는 축부 선단면(215a) 및 플랜 지부(214)의 반축부측 단면(214b)(도 20 참조)을, 축부 외주면(213a) 중 상기 교정 가공을 시행한 최외경면(217)을 기준으로 하여 연삭 가공한다(제 1 연삭 공정). 이 연삭 공정에 사용되는 연삭 장치로서는 예컨대, 도 7, 도 8에 도시된 연삭 장치(40)와 마찬가지의 것이 사용된다. 그 이외의 구성이나 배치 실시형태, 가공 실시형태에 대해서는 제 1 실시형태에 준하므로 설명을 생략한다.
이러한 연삭 공정에 의해, 축부 선단면(215a)과 플랜지부(214)의 반축부측 단면(214b)이 연삭된다. 이 때, 축소재(212)의 교정 가공면(213a)이 캐리어(41)로 지지되고, 이 교정 가공면(213a)이 높은 원통도를 갖기 때문에 미리 지석(42)의 회전축심과 지석(42)의 연삭면의 직각도, 및 지석(42)의 회전축심과 캐리어(41)의 회전축심의 평행도 등을 고정밀도로 관리해 두면, 이 교정 가공면(213a)을 기준으로 하여, 축소재(212)의 상기 양단면(215a, 214b)을 고정밀도로 마무리할 수 있고, 교정 가공면(213a)에 대한 직각도의 수치를 작게 억제할 수 있다. 또한, 축소재(212)의 축방향폭[플랜지부(214)를 포함시킨 전체길이]이 소정치수로 마무리된다.
(F-2) 전면 연삭 가공
이어서, 연삭된 축소재(212)의 양단면(215a, 214b)을 기준으로 하여 축소재(212)의 외주면(213a) 및 플랜지부(214)의 축부측 단면(214a)의 연삭 가공을 행한다(제 2 연삭 공정). 이 연삭 공정에 사용되는 연삭 장치로서는 예컨대, 도 9에 도시된 연삭 장치(50)와 마찬가지의 것이 사용된다.
또한, 이 연삭 가공에 사용되는 지석은 완성품으로서의 축부재(202)의 외주면 형상에 대응한 연삭면을 구비하는 총형 지석이며, 도시하진 않았지만, 레이디얼 베어링면(223a, 223b), 선단부 외주면(224b), 챔퍼(224c), 각 오목부(226∼228), 플랜지부(222)의 외주면(222c), 그리고 플랜지부(222)의 상단면(222a)에 대응하는 영역을 연삭하는 연삭면을 구비한 것이다. 그 이외의 구성이나 배치 실시형태, 가공 실시형태에 대해서는 제 1 실시형태에 준하므로 설명을 생략한다.
이러한 연삭 가공에 의해, 축부재(202)의 축부(221) 외주면 중 레이디얼 베어링면(223a, 223b)과 선단부 외주면(224b), 및 챔퍼(224c)에 대응하는 영역이 각각 연삭됨과 아울러 플랜지부(222)의 외주면(222c)과 각 오목부(226∼228), 그리고 플랜지부(222)의 상단면(222a)이 형성된다. 이 연삭 공정에 있어서는 사전에 폭 연삭 가공으로 축소재(212)의 양단면(215a, 214b)[(축부재(202)의 양단면(224a, 222b)]의 직각도의 정밀도 설정이 행하여져 있기 때문에, 각 피연삭면을 고정밀도로 연삭할 수 있다.
(F-3) 마무리 연삭 가공
전면 연삭 가공으로 연삭을 시행한 면 중 축부재(202)의 레이디얼 베어링면(223a, 223b), 및 선단부 외주면(224b)에 대응하는 영역에 최종적인 마무리 연삭을 시행한다. 이 연삭 가공에 사용되는 연삭 장치로서는 예컨대, 도 10에 도시된 연삭 장치(60)와 마찬가지의 것이 사용된다. 그 이외의 구성이나 배치 실시형태, 가공 실시형태에 대해서는 제 1 실시형태에 준하므로 설명을 생략한다.
이러한 연삭 가공에 의해, 레이디얼 베어링면(223a, 223b) 및 선단부 외주면(224b)에 대응하는 영역이 각각 연삭되고, 이 영역이 최종적인 표면 정밀도로 마무리된다.
상기 (E) 성형 공정 및 (F) 연삭 공정을 경과한 후, 필요에 따라 열처리나 세정 처리를 실시함으로써 도 17에 도시된 축부재(202)가 완성된다.
상기 제조 방법에 의해 제조된 축부재(202)이면, 축부(221), 특히 축부(221)의 선단부(224)를 적어도 최종마무리 형상에 도달할 때까지 돌출시켜서 성형할 수 있고, 그 후의 연삭 가공에 의해 해당 외주면(215b)을 고정밀도로 마무리할 수 있다. 따라서, 허브(203)와의 고정 면적을 확보하여 허브(203)와의 사이에서 높은 고정 강도 및 고정 정밀도를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 구성에 의하면, 축부 선단면(224a)에 형성하는 오목부(225)의 사이즈 등을 조정함으로써 축부재(202)의 긴 길이화에도 용이하게 대응할 수 있다.
이상의 실시형태(제 1 실시형태)에서는 축부재(2)의 레이디얼 베어링면(23a, 23b) 및 스러스트 베어링면(22a, 22b)을, 전혀 동압홈이 없는 평활면으로 한 경우를 예시했지만, 이 베어링면에 동압홈을 형성할 수도 있다. 이 경우, 레이디얼 동압홈은 도 8에 도시된 전면 연삭 가공 전의 단계에서, 전조 또는 단조에 의해 형성할 수 있고, 스러스트 동압홈은 프레스 또는 단조에 의해 형성할 수 있다. 제 2 실시형태에 의한 축부재(102) 및 제 3 실시형태에 의한 축부재(202)에 관해서도 마찬가지로 동압홈을 형성할 수 있다.
또한, 이상의 실시형태에서는 레이디얼 베어링부(R1, R2) 및 스러스트 베어링부(T1, T2)를 구성하는 동압 베어링으로서, 예컨대, 헤링본 형상이나 나선 형상의 동압홈으로 이루어지는 동압 발생부를 사용한 베어링을 예시하고 있지만, 동압 발생부의 구성은 이것에 한정되는 것은 아니다. 레이디얼 베어링부(R1, R2)로서, 예컨대, 다원호 베어링, 스텝(step) 베어링, 테이퍼진 베어링, 테이퍼진·플랫 베어링 등을 사용할 수도 있고, 스러스트 베어링부(T1, T2)로서, 스텝 포켓 베어링, 테이퍼진 포켓 베어링, 테이퍼진 플랫 베어링 등을 사용할 수도 있다. 제 2 실시형태에 의한 레이디얼 베어링부(R11, R12)나 스러스트 베어링부(T11, T12), 및 제 3 실시형태에 의한 레이디얼 베어링부(R21, R22)나 스러스트 베어링부(T21, T22)에 대해서도 마찬가지 구성을 이루는 동압 베어링을 사용할 수 있다.
또한, 제 2 및 제 3 실시형태에 대해서는 레이디얼 베어링부(R11, R12)나 스러스트 베어링부(T11, T12)를 동압 베어링 이외의 베어링으로 구성할 수도 있고, 예컨대, 스러스트 베어링부로서 피봇 베어링이, 레이디얼 베어링부로서 원통형 베어링이 사용 가능하다.
또한, 이상의 실시형태에서는 동압 베어링 장치(1)의 내부에 충만하고, 베어링 슬리브(8)와 축부재(2) 사이의 레이디얼 베어링 간극이나, 베어링 슬리브(8) 및 하우징(7)과 축부재(2) 사이의 스러스트 베어링 간극(W1, W2)에 동압작용을 발생시키는 유체로서, 윤활유를 예시했지만, 특히 이 유체에 한정되는 것은 아니다. 동압홈을 갖는 각 베어링 간극에 동압작용을 발생시킬 수 있는 유체, 예컨대, 공기 등의 기체나, 자성유체 등의 유동성을 갖는 윤활제를 사용할 수도 있다. 물론, 제 2 및 제 3 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(101, 201)에 대해서도, 마찬가지의 종류의 유체를 사용할 수 있다.
본 발명에 의한 유체 베어링 장치는 정보기기, 예컨대, HDD 등의 자기 디스 크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기 디스크 장치 등의 스핀들 모터, 레이저빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐닝 모터, 프로젝터의 컬러 휠 모터,또는 팬 모터 등의 소형 모터용으로서 적합하다.

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  21. 축부와, 축부의 일단에 설치한 플랜지부를 일체로 구비한 금속제의 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법에 있어서,
    상기 축부 대응 영역과, 축부 대응 영역의 일단에 설치한 플랜지부 대응 영역을 일체로 보유하는 축소재를 한쌍의 금형 내에 설치하고, 한쌍의 금형의 형 클램핑 동작에 의해 축소재를 축방향으로 압축함으로써, 축부 대응 영역을 외경방향으로 돌출시키는 단조 가공으로 축부를 성형하고,
    상기 축부를 수용하는 한쪽 금형의 저부에 돌출부를 설치하고, 단조 가공으로 축부를 성형하는 과정에서, 플랜지부를 다른쪽 금형으로 압입하고, 다른쪽 금형에 설치한 돌출부에 상기 축부 대응 영역의 선단면을 억누르는 것에 의해, 축부의 선단면에 오목부를 소성 가공으로 성형해서, 축부 대응 영역의 선단부를 오목부의 성형에 따른 소성유동으로 외경방향으로 돌출시키는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 오목부를 소성 가공으로 성형함으로써 상기 축부 대응 영역의 선단부를 적어도 최종마무리 형상에 도달할 때까지 외경방향으로 돌출시키는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    단조 성형 후, 상기 축부 대응 영역의 선단부에 연삭 가공을 실시함으로써, 상기 축부의 선단부를, 이 축부 선단부의 외주면과, 상기 축부 선단면과, 양면간의 챔퍼로 정해지는 것을 최종마무리 형상으로 마무리하는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 축부재의 제조 방법.
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