WO2004070219A1 - 動圧軸受用の軸、動圧軸受、およびこの軸の製造方法 - Google Patents

Abstract

動圧軸受用の軸２の製造方法は、動圧軸受用の軸２に加工される棒状の材料５とこの材料５の外周面５ａを加工する研削砥石（加工具）１１との間の相対的な振動を制御することにより、複数の溝２ｂが外周面５ａの周方向に並べて配置され、溝２ｂ及び外周面２ａの表面粗さが一様で、周方向に加工目が揃っている軸２を造る。

Description

明 細 書

動圧軸受用 の軸、 動圧軸受、 およびこの軸の製造方法

技術分野

本発明は 軸受部 と相対的に回転する と によ つ て軸受部 との間に動圧を発生させる形状に外周面が形成さ れた動圧軸 受用 の軸と の軸を備える動圧軸受 及び の軸の製造方 法に関する

背景技術

動圧軸受において 、 回転軸心の安定性を向上させる ため に、 軸と軸受部の摺動面の少な < と も どち ら か一方に、 摺動方向 を横切る方向に溝を形成 した のがめ る 溝は 、 いわゆる杉 綾模様に配置さ れたヘ リ ングボ一 ン开^ (例えば 、 特 1开 j 2 0 0

0 - 2 2 7 1 1 9 号公報参照 ) と 回転軸心 と平行に配置 された も の (例えば 、 国際公開第 9 8 Z 3 8 4 3 3 号パ ン フ レッ ト参照 ) とがある。

また、 固定軸と こ の固定軸の外周 に遊嵌して回転する 中空 回転軸を備え 固定軸外周形状を等径多円弧形状、 あ る い は、 等径歪円形状 と し、 固定軸外周 と 中空回転軸内周 との隙間の 形状を奇数 ( 3 個） の正弦波状に形成 した光偏向器に用 い ら れる動圧空 軸受がある （例えば、 特開平 7 一 2 3 0 0 5 6 口

公報参照 ) 。 軸の表面は ァルマィ 卜処 が施さ れてい ス なお、 本発明にお ける動圧軸受および動圧軸受用 の軸と は、 低速または高速に一方向回転または往復回転 (正逆回転） あ る いは連続回転 、 断続回転する 回転体 し < はそれを支持 する部材であ っ て、 回転によ り 潤滑媒体を周方向または長手 方向に移動させる機能を有し、 摺動抵 ί几 ¾：低減 して回転を安 定化する ものである。

動圧軸受の高回転数領域にお ける八 ―フホヮ ルの発生が 抑制される程度に、 かつ 、 軸と軸受部 とが低回転数まで衝突 せずに安定して回転する程度に 、 動圧軸受の回転 )又を向上 させる ためには、 溝数を増やす と と に溝形状をよ り in度よ く 加ェしなければな ら ない。 へ リ ングポ一 ン形の溝は 、 加ェ コ ス 卜 を抑える ため に、 マスキ ングを施した棒材にェ ッ チ ン グやブラス ト またはピーニングする し とで形成さ れる これ ら のェ法において、 あ る 程度以上の加ェ精度は 、 期イ寸でさな い。 また 、 ヘ リ ングポー ン形のパ夕一 ンの向き によ つ て回転 特性が異なるため、 回転:方向を考慮した組立が要求される。

ェッ チング、 プラ ス ト 、 ピ一一 ング 、 研削、 レ一ザ加ェに よつ て溝を回転軸心に沿 う 方向に形成する ¾； 口 、 溝と外周形 状との境界に不連続部が形成さ れる そのため 、 回転数が大 さ く なる と、 不連続部か ら回転方向の下流側に剥離層が形成 されやすい。 剥離層が形成さ れる と 、 軸 と軸受部 と の間に所 望する動圧を発生できな く なる：場合がある。

そ して 、 いずれの加工方法において ¾ 、 溝を形成する加ェ とは別に 、 軸や軸受部その も の の真円度を高め るための加ェ ェ程を設けなければな ら ない。 また 、 真円度加ェと溝加ェを 施される軸は、 工程毎に再現性の高い加ェ ■ L置決めや が必 要である。 こ の軸の加工コス ト は、 低減する こ とが難しレ 。 発明の開示 そ こ で、 本発明は、 ハーフ ホワールを抑制する と と ち に 低回転数領域において軸 と軸受部 との接触開始回転数を低下 させる こ と のでき る 回転安定性を有する動圧軸受用 の軸 と こ の軸を有する動圧軸受、 また、 こ の動圧軸受用 の軸を安価 で精度よ く 造る こ とができ る軸の製造方法を提供する と を 目的とする

本発明に係る動圧軸受用 の軸は、 複数の溝が外周面の周方 向に並べて配置され、 溝及び外周面の表面粗さ が一様で 周 方向に加工 目 が揃っ てい る。 動圧軸受の回転軸の芯振れを小 さ く する ため に、 少な く と も一部に連続する溝を設ける ま た、 回転軸の半径方向 に作用する 力の軸方向に沿 う 分布を安 定させるために、 軸心方向 と平行に延びる よ う に溝を形成す 溝の 中の流体が流れる 向き を制御する ため に 軸 心を 中心とする 回転方向の位相が軸心方向に沿つ て変化する 溝を形成する。 また、 回転軸の安定性が回車5方向によ ら ない よ う にする と と も に、 軸 と軸受部の接触を滑 ら カゝ にする ため に、 周方向に沿っ て外周面を半径方向へ正弦波状に変化さ せ て溝を設ける。

本発明に係る動圧軸受は、 複数の溝が外周面の周方向に並 ベて配置され、 溝及び外周面の表面粗さが ―様で、 周方向に 加工 目が揃つ てい る軸と、 こ の軸の外周面を囲 う 円筒状の内 周面が形成された軸受部と を備える。

本発明に係る動圧軸受用 の軸の製造方法は 、 動圧軸受用 の 軸に力 tiェさ れる棒状の材料と こ の材料の外周面を加工する加 工具 との間の相対的な振動を制御する と によ り 、 複数の が外周面の周方向に並ベて配置さ れ、 及び外周面の表面粗 さ が一様で、 周方向に加工 目 が揃っ ている軸を造る の場 制御さ れる振動は 、 材料と加工具の間に生 じ る 白 励振動、 または、 加ェ m を備える加工装置に発生する強制振動でめ る。

または 、 本発明に係る動圧軸受用 の軸の製造方法は セ ン 夕 レス研削盤によ つ て動圧軸受用 の軸に加ェさ れる棒状の材 料を こ の加ェプ口セス 中 に 自 励振動させ 材料の外周面の周 方向に並ベて複数の溝が形成さ れた動圧軸受用 の軸を造る こ の 八 、 自 励振動の振動数を制御する とで、 外周面 と滑 ら かに連 bz る溝を外周面の周方向に等間 に配置する 溝 の数と深さ と の少な < と も どち ら かが異なる動圧軸受用 の軸 を造る場 α セ ン夕 レス研削盤の研削条件の う ち 調整車の 回転数、 調整車の硬さ 、 研削砥石の回転数 研削砥石の粒度、 研削砥石の結 O 材硬さ 、 研削砥石の砥粒密度 、 プレ の頂 角、 材料の心高 、 研削砥石に対する心高角 調整車に対する 心高角、 材料の回転軸に対する調整車の回転軸の傾斜角 材 料に対する研削砥石の切込み量、 の内の少な く と も 1 つ を える た、 軸 を 中心 とする 回転方向の位相が軸心方向 に 沿つ て変化する溝を形成する ため に、 セ ン夕 レス研削盤の調 整車 と研削砥石の少な く と も一方の回転数 または材料の心 高を加ェプ口セス 中 に変化さ せる 。 また 溝の深さ を変え る ため に、 セ ン夕 レス研削盤の研削砥石の回転軸を強制振動さ せるか、 発生する振動の振幅を変化させる。

または 、 本発明に係る動圧軸受用 の軸の製造方法は 動圧 軸受用 の軸に加ェさ れる棒状の材料と の材料の外周面を研 削する砥石を備える 円筒研削盤 と をびび り 振動させる こ とで、 複数の溝が外周面の周方向に並ベて配置さ れ 及ぴ外周面 の表面粗さ が 様で、 周方向に加ェ 目 が揃 た動圧軸受用 の 軸を造る または、 動圧軸受用 の軸に加ェされる棒状の材料 と こ の材料の外周面を切削する 刃物を備える切削加ェ盤と を びび り 振動させる こ とで、 複数の溝が外周面の周方向に並ベ て配置され 溝及び外周面の表面粗さ が で 周方向に加 ェ目が揃つ た動圧軸受.用 の軸：を造る。

本発明に係る他の形態の動圧軸受用 の軸は の軸に外揷 される軸受部 と 回転軸心を 中心に相対的に回転する こ と に よ つ て動圧を発生する複数の溝を外周面に有する 溝は、 外周 面を回転軸心に沿 う 方向に 定に延びる と と に周方向に沿 つ て軸の半径がなだ ら かに変化する形状であ る 半径の最大 値 と最小値 との寸法差 となる溝の深さ D は 0 - 1 1 0 0

H mの範囲内で め る こ とが の ま し い。 の場 回転軸心 を垂直に m切る方向に沿う 軸の外周面のプ Π フ ァ ィ ルは、 の外周形状に外接する 平均円が直線になる よ う に展開する場 回転軸心に対する方位角 を Θ とする と 次の多項式で表 さ れる

Ύ -

, ( =Σ の

n=l

この場合、 次の条件を満たすもの とする。

0.1 < < 100 [ m] 0 < K_n+i≤ [ ]

D = ί ( Θ ノ M A X f ( σ ) Μ Ι Ν 本発明に係る さ ら に他の形態の動圧軸受用 の軸は、 回転軸 心に垂直な面を横切る方向に一 mか ら他端まで連続して延び る溝が回転軸心を中心とする 回転対称に奇数並ベて配 «さ れ ている 。 回転軸心を 中心とする 半径方向の変化量を拡大 して 展開 した周方向に沿う 外周形状の プロ フ ァ ィ ルは、 正弦波状 である。 し の但 、 溝の数は、 3 〜 1 5 の 中か ら 一 つ選ばれ る奇数でめる こ とが好ま し！

奇数は 、 その回転安定性カゝ ら望ま し い。 ただ し、 1 5 以上 の奇数では 、 外周形状が真円形に近づく ため発生する動圧が 分散し、 所 の効果が得 ら れない 一方、 下限値は、 3 とな つ ているが 、 3 では特に高速側で回転力 S不安定になる場 α が あ る。 なお 、 5 〜 9 の範囲は、 加ェの安定性 (再現性 ) ち 良 く 歩留ま り が向上し 、 特に 1 れた特性が得 られる。

また、 本発明 に係る さ ら に他の形態の動圧軸受は、 軸と し の軸に外挿さ れる軸受部と を有する動圧軸受であ る し と を 提とする 軸は、 回転軸心を 中心に軸受部 と相対的に回転す る こ と によ て動圧を発生する複数の溝を外周面に有する 溝は、 外周面を回転軸心に沿う 方向に一定に延びる と ともに 周方向に沿 て軸の半径がなだ ら かに変化する形状であ る こ の場合 、 半径の最大値 と最小値 と の寸法差となる溝の深さ

D が 0 . 1 〜 1 0 0 mの範囲内であ る こ とが好ま し い ま た、 の動圧軸受は、 軸受部が固定さ れ、 軸が回転する 軸 に外接する 円筒面の直径を Φ、 円筒面か ら外周形状までの半 径方向の寸法の平均値を D _{AV E}、 軸受部の内周面と 円筒面との 直径ク リ ァ ラ ンス の平均寸法を C とする と、 こ れ ら が 次の 関係を有する こ とが好ま しい。

{ D A V E + ( C / 2 ) } / Φ ≤ 7 . 5 X 1 0 - ⁴ 軸およぴ軸受に用 レゝ ら れる材料は、 少な く と も一方が ァ ルミ ナ 、 窒化珪素、 ジルコ ニァ、 窒化アルミ 二ゥム、 肌焼さ 鋼、 ばね鋼 、 合金工具鋼、 マルエージング鋼、 T i 合金 ァ ルミ ゥム 、 ステ ン レス鋼、 も し く は これ ら の材質の母材に めつ き . 溶射な どに よ り コ ーティ ン グさ れた材質の中か ら ばれる少な く と も一つの材料である こ とが好ま しい。

図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明 に係る第 1 の実施形態の動圧軸受の軸受部 を 部断面に して模式的に示す斜視図である。

図 2 は、 図 1 に示 した軸と軸受部の軸心を横切る 断面の 部の拡大図である。

図 3 は、 図 1 に示した軸の斜視図である。

図 4 は、 図 3 に示 した軸の軸心を直角 に横切る 断面図であ ス 図 5 は、 図 3 に示 した軸をセ ン夕 レス研削盤で加工する状 態を模式的に示す斜視図である。

図 6 は、 図 5 に示 した軸と研削砥石 と調整車と ブレ の 関係を示す模式図である。

図 7 は、 図 5 に示 したセ ン夕 レス研削盤で螺旋状の が形 成された軸の斜視図である。

図 8 は、 図 5 に示 したセ ン夕 レス研削盤で波型の溝が形成 された軸の斜視図である。

図 9 は、 図 5 に示 したセ ン夕 レス研削盤で連続する溝を複 数箇所に設けた軸の斜視図である。

図 1 0 は、 図 3 に示した軸を 円筒研削盤で加工する状態を 模式的に示す斜視図である。

図 1 1 は、 図' 3 に示 した軸を切削加工盤で加工する状態を 模式的に示す斜視図である。

図 1 2 は、 本発明に係る第 2 の実施形態の動圧軸受の軸受 部を断面に した斜視図である

図 1 3 は、 図 1 2 に示した動圧軸受の回転軸心に垂直な面 に沿っ た断面図である。

図 1 4 は、 図 1 2 に示した動圧軸受の半径方向の変化量を 拡大して展開 した円周方向のプロ フ ァイ ルを示す図である。

図 1 5 は、 図 1 2 に示 した動圧軸受につ いて、 ク リ ア ラ ン ス と接触開始回転数との関係を示す図である。

図 1 6 は、 図 1 2 に示した動圧軸受につ いて、 外周形状の 変化率と接触開始回転数との関係を示す図である。

図 1 7 は、 図 1 2 に示 した動圧軸受について、 軸の安定性 を示す指数と接触開始回転数との関係を示す図である。

図 1 8 は、 図 1 2 に示した動圧軸受について、 軸の安定性 を示す指数と軸受剛性との関係を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

本発明に係る第 1 の実施形態の動圧軸受 1 につ いて、 図 1 か ら 図 8 を参照 して 明する 1 に すよ に動圧軸受 1 は、 軸 2 と軸受部 3 と を備えている 軸 2 は 外周面 2 a に 複数 （図 1 か ら 図 4 にね いては 2 5 本 ) の溝 2 b が形成さ れてい る なお 、 本実施形能では 溝 2 b の部分がは き り と分かる よ う に 、 溝 2 b の深さ D を実 の の よ り も大さ く 誇張 して図示 してい る 例えば 流体 と して空 を用 い る動 圧軸受 1 において、 軸 2 の直径 (最大径 ) が 1 0 m m程度の 図 2 に示す溝 2 b 'の深さ D は、 数 m程度である。

こ の溝 2 b の深さ D は 軸 2 の直径に比例 して大さ < する ほ う が好ま し い 。 ただし 動圧を発生させる原理に従う と、 軸径に よ らず、 溝 2 b の深さ D は 使用 さ れる 回転数に も応 じて 0 1 1 0 0 mの範囲で形成さ れる 特に 0. 5 11 m以上では溝形成の安定性が格段に向上する効果が得 ら れ、 特に、 10 m以下では その効果が顕著に向上する場 口 があ る。

図 3 に示すよ う に溝 2 b は 軸 2 の回転軸心 2 c と平行 に 一方の顺か ら他方の顺まで連 して設け ら れてお り 図 4 に 示すよ Ό に外周面 2 a の周方向に等間隔で配置さ れている また、 、溝 2 b 及ぴ外周面 2 a は 面粗さ が 様で 加ェ 目 が周方向 に揃っ て い る 。 なお 、 本明細書 にお い て、 「加工 目」 とする も のは、 除去加工に よ っ て被加工部に形成さ れる 顕著な筋目 の こ とである。

図 2 及び図 4 に示すよ う に溝 2 b は、 外周面 2 a か ら 滑 ら か に連続してお り 、 本実施形態に いては、 周方向に沿 て 外周面 2 a が半径方向に正弦波状に滑 ら かに変化する とで 形成さ れている 軸受部 3 は、 軸 2 の外周面 2 a を囲 円筒 状の内周面 3 a が形成さ れてい る また の内周面 3 a と 軸 2 の外周面 2 a との間には、 流体の が形成さ れる 王度の 隙間 4 を有している。

以上のよ う に構成さ れた動圧軸又 1 において 溝 2 b の断 面形状は、 周方向につ いて対称であ る したが て 軸 2 と 軸受部 3 が相対的に回転する場 n いずれの方向に回つ て も 回転の特性が同 じであ る つ ま り 回転の起動時 と停止時に かかる負荷 トルク が同 じであ り 回転の起動時及び停止時に 軸 2 の外周面 2 a と軸受部 3 の内周面 3 a が接触する とで 互いの面力 摩耗する条件が同 じであ る そのため 回転方向 によ て動圧軸受 1 の耐久性に差が生じない また 安定 し た回転状態になる までにかかる 時間 及び安定 した回転状態 となる 回転数な ど も 、 回転方向に よ らず 1ロ じ性能を得る こ と ができる。

そ して、 溝 2 b が外周面 2 a と滑 らかに してい る ため 外周面 2 a カゝ ら溝 2 b にかけて回転方向へ下流側 となる軸 2 と軸又部 3 との隙間 4 が広がる部分 (且体的には 図 2 中 の 矢印方向に軸 2 が回転する +曰

口 Aで示す部分 ) の流れに、 乱流が発生 し に < い。 さ ら に、 軸 2 の 2 b 及び外周面 2 a は、 表面粗さ が ―様であ り 、 かつ、 加工 目 が周方向に揃っ て い る したがつ て 、 動圧軸受 1 の軸 2 と軸受部 3 と を相対的 に回転させた場合 、 軸 2 の外周面 2 a 及び溝 2 b と軸受部 3 の内周面 3 a との間の流体が、 加工 目 に沿つ て流れる ため、 舌し流が発生し に < い と と も に、 下流側に剥離が生 じ難い。 こ のため、 軸 2 と軸受部 3 の相対的な回転速度に いて、 回転 速度の い領域か ら速い領域まで幅広い領域で 、 回転軸心 2 c が安定しゃすい。

次に 、 軸 2 の製造方法につ いて図 5 及び図 6 を参ハ昭、、 して説 明する 軸 2 は、 図 5 に示すよ う なセ ン夕 レス研削盤 1 0 に よ っ て加ェさ れる。 セ ンタ レス研削盤 1 0 は 、 研削砥石 1 1 と調整車 1 2 と ブレー ド 1 3 と を備える □ 研削砥石 1 1 は、 動圧軸受用 の軸 2 に加工さ れる棒状の材料 5 の外周面 5 a を 研削する 調整車 1 2 は、 材料 5 を回 Isさせて研削砥石 1 1 に対する 当 り 面 5 b を変える。 ブレー 1 3 は 、 研削砥石 1

1 側か ら 整車 1 2 側に下る よ う に頂部に 3又け ら れた傾斜面

1 3 a で材料 5 を支持する。 研削砥石 1 1 と調 m車 1 2 は、 図 5 中の矢印 1 4 ， 1 5 に示すよ う に同 じ方向 こ回転する。

研削砥石 1 1 、 調整車 1 2 、 ブレー H 1 3 、 及び動圧軸受 用 の軸 2 に加工される材料 5 の位置関係 を図 6 に示す 。 材料

5 は、 研削砥石 1 1 、 調整車 1 2 、 ブレ ― ド 1 3 のそれぞれ に接触 している。 また、 材料 5 の 中心 5 c は 、 研削砥石 1 1 の中心 1 1 a と調整車 1 2 の 中心 1 2 a と を ぶ基 線 U よ り も心高 Hの距離だけ上に位置する。

セ ン夕 レス研削盤 1 0 は、 研削条件と して 、 ブレ ド、 1 3 の頂角 a 、 材料 5 の心高 H、 材料 5 の中心 5 c と研削砥石 1

1 の中心 1 1 a と を結ぶ線と基準線 U と の成す角度 (研削砥 石 1 1 に対する心高角） β 、 材料 5 の 中心 5 c と調 車 1 2 の中心 1 2 a と を結ぶ線と基準線 U との成す角 (調整車 1

2 に対する心高角） ァ 、 材料 5 の回転軸 1 6 に対する調整車 1 2 の回転軸 1 7 の傾斜角 σ 、 研削砥石 1 1 の回転数、 RH整 車 1 2 の回転数 、 研削砥石 1 1 の粒度 、 調整車 1 2 の硬さ 、 研削砥石 1 1 の結合材硬さ 、 研削砥石 1 1 の砥粒密 、 材料

5 に対する研削砥石 1 1 の切込み里 、 を変え る とで加工状 態が変化する。 ブレー ド 1 3 の頂角 α は 、 異なる角度に設け られた傾斜面 1 3 a を有する ブレ ド 1 3 に交換する こ と で 亦 Ψさ れる 。 材料 5 の 、高 Ηは 、 ブレ 1 3 の位 、 研削 砥石 1 1 と調整車 1 2 の 中心間距離を調整する とで変更さ れる 。 研削砥石 1 1 に対する心高角 0 は 、 半径の異なる研削 砥石 1 1 に交換する こ とで変更さ れる 整車 1 2 に対する 心高角 T は、 半径の異なる調整車 1 2 に交換する とで変更 さ れる。 従来、 セ ンタ レス研削盤 1 0 は 、 棒状の材料 5 の真 円度や円筒度を向上させるため ίこ各研削条件が設定される。

れに対し、 本実施形態では 、 セ ン夕 レス研削盤 1 0 の加 ェ具であ る研削砥石 1 1 と動圧軸受用 の軸 2 に加 Xさ れる材 料 5 と の相対的な振動、 いわゆ る びび り 振動が生じ る よ う に、 各研削条件を設定する。 びび り 振動には 、 材料 5 と研削砥石

1 1 の間に生じ る 自 励振動と、 セ ン夕 レス研削盤 1 0 に生 じ る強制振動があ る 。 これ ら の振動が加ェ中 に発生する と、 R5 疋 した研削条件が振動の周期に 口 せてわずかに変動.する ため、 加ェ状態が周期的に変化する の結果 、 軸 2 の外周面 2 a の周方向に沿つ て 、 複数の溝 2 b が並んで形成さ れる 。 溝 2 b の数は 、 振動の周波数に依存 し 、 溝 2 b の深さ D は 、 振動 の振幅に依存する 。 したがつ て 、 研削条件を P 整し 、 びび り 振動の周波数を制御する こ とで 、 所望する 2 b の数の軸 2 を容易に IB.る こ とがでさ Ό 同 に、 研削条件を調 し び び り 振動の振幅を制御する こ とで 、 所望する溝 2 b の深さ D の軸 2 を容易に造る こ とができ る 。 特に、 材料 5 に対して 研削砥石 1 1 と調整車 1 2 とブ レ ド 1 3 の相対的な位置関 係を変化させる こ とで異なる溝 2 b の数の軸 2 が形成さ れ 研削砥石 1 1 を支持する砥石軸の心振れ量及び研削砥石 1 1 の面性状 (研削砥石 1 1 の粒度、 砥石結合材の強度 ) を亦

久化 させる とで、 異 :なる溝 2 b の深さ D の軸 2 が形成される

なお びび り 振動の周波数や振幅は 、 材料 5 の固有振動数、 ブレー 1 3 の固 ¾ 振動数、 研削砥石 1 1 及び調整車 1 2 を 支持する部材の固 ¾ 振動数、 及びセ ン夕 レス研削盤 1 0 の固

¾振動数に も依存する したがつ て、 上述の研削条件を変更 する以外に 、 これ ら 固有振動数が変わる よ ラ に 、 セ ン夕 レス 研削盤 1 0 の適切な位置に制振機構を取付けて も 良い また、 びび り 振動を制御するために、 研削条件を調 する ほか 白 励振動や強制振動を誘発或いは励起する よ に 、 外部か ら加 振して振動を制御 しても良い。

つ ま り 本願発明にかかる軸 2 の製造方法は 、 振動を制御 する こ と によ っ て 、 複数の溝 2 b が外周面 2 a の周方向に並 ベて配置さ れた軸 2 を造る よ た 、 軸 2 を回転させ 外周面

2 a 及び溝 2 b を周方向 ίこ一 ¾ ^研削する ので 、 外周面 2 a 及び溝 2 b の表面粗さ は 、 一様に仕上げ ら れる と と に 研 削によ て設け ら れた加ェ目 は、 周方向に揃 ている そ し て 研削砥石 1 1 の回転軸 1 8 と材料 5 の回転軸 1 6 とが 平行に配置さ れて一方の端か ら他方の端まで全体的に接触す る ので 軸 2 の外周面 2 a に加工さ れる 2 b は、 軸 2 の回 転軸心 2 c と平行に形成される。 振動の周波数及び振幅が 定に保たれる よ う に制御する こ とで、 溝 2 b は、 軸 2 の外周 面 2 a に等間隔に配置さ れる。 さ ら に 本実施形態の軸 2 の 製造方法によれば、 材料 5 を所望する 円筒度及び真円度に加 ェする と同時に溝 2 b が加工される。

また 材料 5 の回転軸 1 6 に対 して調 車 1 2 の回転軸 1

7 を傾斜させる こ とで、 材料 5 が研削さ れなが ら 図 5 中の矢 印 Vで示す回転軸 1 6 に沿 う 方向に搬送さ れる 、 いわゆる通 し送 Ό研削となる。

そ で 研削砥石 1 1 を材料 5 の全長に対 して部分的に接 触する よ う に配置し、 びび り 振動の周波数を材料 5 が回転軸

1 6 を中心に回転する 回転数の 自然数倍以外の値 となる よ 5 に、 研削条件を設定 し、 通し送 り 研削を実施する 。 のよ 5 にする と 図 7 に示すよ う に、 軸 2 の回転軸心 2 c を 中心 と する 回転方向の位相が回転軸心 2 c 方向に沿つ て変化する溝 例えば螺旋状の溝 2 s が形成される。

つ ま り 図 2 に示す軸 2 は、 びび り 振動の周波数を 自 然数 倍に固定する こ とで、 回転軸心 2 c 方向に沿 う 溝 2 b を形成 した 例であ る。 さ ら に、 通し送 り 研削の途中であ る任意の 自然数を基準にびび り 振動の周波数を変動さ せる と 螺旋の 方向が回転軸心 2 c につ いて時計回 り と反時計回 り と に変向 する すなわち 、 図 8 に示すよ う に擬似へ ングポ ―ン形の 波状に溝 2 h が形成された軸 2 を造る ；二 とができる。

ま た 通 し 送 り 研削 を実施 し て い る 途 中 で、 振動 を発生 (励起 ) させた り 抑制 した り 変化させる し と によ つ て、 図 9 に示すよ う に 、 部分的に連続する 2 P がき

又け ら れた軸 2 を 溝

造る こ とができる。

セ ン夕 レス研削盤 1 0 によ て動圧軸受用 の軸 2 を加ェ し た例を以下に す 動圧軸受用 の軸 2 に加ェさ れる材料 5 と して、 外径が約 8 m mの棒状のァル ナ系のセ ラ S ッ ク ス を 用 いた 変化させる研削条件 と して 、 心高 Η を 0 〜 1 5 m m の間に 定し 、 軸 2 の外周面 2 a に形成さ れた溝 2 b の本数 を測定した その結果 、 振動が発生 しない条件 (所 する真 円度及び円筒度に軸 2 を仕上げる条件 ) の心高 Η を基準とす る と、 し の心高 H に対 して 2 〜 1 0 %心高 Ηが低い条件では、

3 〜 2 1 本の溝 2 b が形成さ れ 、 2 〜 1 0 % 心 间 riが高い条 件ではゝ 2 2 〜 5 0 本の溝 2 b が形成さ れる と レ う 果を得 た。

こ れ ら 溝 2 b の数がそれぞれ異なる軸 2 につ いて 、 回転振 れと耐久性の 3式験を行つ た 回転振れは 、 溝 2 b の数が る こ と に て小さ < なつ た ただし 、 軸 2 の直径に応 じて、 所望する動圧を発生でさ る溝 2 b を ける と のでき る数に は限界がある ため、 溝 2 b の数が多すぎる と 、 逆に回転振れ が生 じやす < なっ た 外形が約 8 m mの軸 2 につ レ て行つ た こ の試験では 、 溝 2 b の数が 3 〜 4 0 の範囲で回転軸振れ力 S 所望する値 り も小さ い こ とが確 # 。心¾>でぎた また、 耐久性は、 回転振れが予め設定した許容値を超え る までの回転数で評価 した。 溝 2 b の数が増える と . 耐久性は、 低下した。

また 、 5 本の溝 2 b が形成さ れる条件の心高 H において、 外部か ら fe動を加えて研削砥石 1 1 の回転軸 1 8 の心 れ量 を変化させた 。 研削砥石 1 1 の回転軸 1 8 の心振れ虽が大き く なる と溝 2 b は深く な り 逆に心振れ量が小さ < なる と溝

2 b は浅く なつ た。

なお、 上述の加工例及び 果は 、 一例であ る し たがっ て、 研削条件 と して先に挙げた 調 m車の回転数、 調整車の硬さ 、 研削砥石の回転数、 研削砥石の粒度、 研削抵 ¾ の結 口 材硬さ 、 研削砥石の砥粒密度、 ブレ の頂角、 材料の心高 研削砥 石に対する心高角、 調整車に対する心高角 、 材料の回転軸に 対する調整車の回転軸の傾斜角 材料に対する研削砥石の切 込み の内の 1 つ を変化させる 、 或いは れ ら の内力、 ら い く つかの条件を複合的に変化さ せる こ と によ り 所望する 周波数及び振幅の振動を発生さ せれば、 所望する溝数及び溝 深さ の軸を容易に造る こ とが、できる。

次に、 材料 5 と加工具 との相対的な振動を制御する こ とで、 複数の溝 2 b が外周面 2 a に設け ら れた軸 2 を造る軸 2 の製 造方法を実施できるセ ン夕 レス研削盤 1 0 以外の装置 と して、 円筒研削盤 2 0 で軸 2 を造る状台 を図 1 0 に模式的に示 し、 切削加ェ盤 3 0 で軸 2 を る 台

状 を図 8 に模式的に示す。 図

1 0 において 、 円筒研削般 2 0 は 、 加ェ と して研削砥石 2

1 を備えている 。 図 1 1 において 、 切削加ェ盤 3 0 は 、 加ェ 具と して刃物 3 1 を備えてい る いずれの場合も 材料 5 は、 主軸 2 2 と心押軸 2 3 によ て心出 し されて回転 自在に支持 さ れてい る 円筒研削盤 2 0 においては 材料 5 と研削砥石

2 1 がびび り 振動 ·≥:発生 s せる条件で、 切削加ェ盤 3 0 にお いては、 材料 5 と刃物 3 1 がびび り 振 » 生さ せる条件で 加ェする 1によ り 、 センタ レス研削盤 1 0 と 同様に 複 数の溝 2 b が外周面 2 a の周方向に並ベて配置され 溝 2 b 及び外周面 2 a の表面粗さ が一様で、 周方向に加ェ 百が ている動圧軸受用 'の軸 2 ：を造る こ とができる。

のよ う に、 本実施形態の軸 2 の製造方法によれば 動圧 軸受用 の軸 2 に加ェさ れる棒状の材料 5 と こ の材料 5 を加ェ する加ェ具 との相対的な振動を制御する こ とで 外周面 2 a の円周方向に沿 て並ぶ複数の溝 2 b を備えた動圧軸受用 の 軸 2 を造る ため に必要な 、 所望する真円度及び円筒度の軸 2 にする ための加ェ工程 と 、 軸 2 の外周面 2 a に溝 2 b を け る溝成形工程 と を 同時に行う こ とができ る。 また 溝 2 b を 加ェする と さ にできるバ リ な どを除去する仕上げェ程が不要 であ る さ ら に 溝 2 b の本数に よ らず複数本の溝 2 b が 時に加ェされる

本実施形態で示した軸 2 は、 複数本の溝 2 b が外周面 2 a に形成さ れた動圧軸受用 の軸 2 の一例であ つ て の実施形 態で説明 した溝 2 b の数に限定さ れない。 また 本実施形台目、 で示 した動圧軸受 1 の軸 2 と軸受部 3 の隙間 4 に介在する流 体は 、 空気ゃ不活性ガスな どの気体以外に、 水や油 または 水よ り ち粘性抵抗の小さ い有機溶媒な どの液体であつ て ち よ レ

本発明 に係る第 2 の実施形態の動圧軸受 1 につ いて 図 1

2 か ら 図 1 7 を参照 して説明する 。 なお、 1 の実施形台目 の 動圧軸受 1 と 同 じ機能を有する構成につ いては 同 ―の符号 を付 してその 明 を 略する場合 も あ る 。 図 1 2 に示すよ う に動圧軸受 1 は 軸 2 と軸受部 3 と を備えてレ る 。 軸 2 は、 回転軸心 2 c を 中心 とする 回転対称に、 3 以上 1 5 以下の奇 数の溝 2 b 本実施形態では、 図 1 3 に示すよ う に 5 つ の溝

2 b が周方向に並ベて配置された外周面 2 a を有 してい る 特に 溝 2 b の数を奇数にする こ とで、 直径方向の両側に溝 が配置さ れないので 回転軸心 2 c のぶれを少な く する こ と ができ る 各溝 2 b は 、 回転軸心 2 c に垂直な面を横切る方 向に軸 2 の 2 e ：か ら他端 2 f まで連続して延びている。

の場 軸 2 が回転する こ と に よ っ て発生する動圧の分 布が 軸 2 の周方向に沿つ て周期的に変化する よ う に、 各溝

2 b は 回転対称に 配に配置さ れ、 かつ、 平行に延びてい る とが好ま し い また、 軸 2 の外周面 2 a のプロ フ ァ ィ ル を図 1 4 に示す のプロ フ ア イ ルは、 外周面 2 a に接する 外接円 を直線に展 した状態で示さ れてレ る 。 図 1 4 にお レ て、 プ口 フ ァ ィ ルは 回転軸心 2 c を 中心とする半径方向の 変化量を拡大さ れている。 プロ フ ア イ ルは、 軸 2 の回転方向 に沿 て 半径が滑 らかに連続して変化する形状である。

り 具体 ：的 に軸 2 の外周形状 (外周面 2 a の プ ロ フ ァ ィ ル） を表現する と、 図 1 4 に示すよ う に、 外周形状に外接す る平均円が直線になる よ う に展開 した場合、 図 1 3 および図 1 4 中 において、 軸 2 の回転軸心 2 c に対する方位角 を 0 と する と、 軸 2 の外周形状のプロ フ ァ イ ル f ( 0 )は、 次の多項 式で示される。

また、 この場合、 次の条件を満たすもの とする

0.1 < < 100 [pi ]

0<K_n+l≤ [/xm] 0 )MAX— 0 )MIN 本実施形能にお いては 、 溝 2 b の形状及び配置が分か り や すい う に 、 図 1 3 以外において 溝 2 b の深さ （回転軸心 を 中心とする半径方向の変化 -曰- ) D を実際の も の よ り も大含

< 張して図示 している 寸法の一例 示すと 、 動圧軸受 1 の作動流体と して空気を用 いる場八口 、 軸 2 の直径 （最大径 ) が 1 0 m m程度であ る と 、 図 1 3 に示す溝 2 b の深さ D は 、

0 1 m 〜 1 0 0 n m 'ι陸度である。

軸受部 3 は、 軸 2 の外周面 2 a に外接する 円筒面よ り も大 きい内周面 3 a を有 している 内周面 3 a と外周面 2 a と の 間には 、 流体 （本実施形锥では 、 空ス ) の膜が形成さ れる 呈 度の隙間 4 を有している <

以上のよ う に構成さ れた動圧軸受 1 において 、 溝 2 b の断 面形状は、 周方向について対称であ る 。 したがつ て 、 軸 2 と 軸又部 3 が相対的に回転する場 口 、 いずれの方向に回っ て も 回転の特性が同 じであ る ま り 、 回転の起動時と停止時に かかる負荷 卜ルク が同 じであ り 、 回転の起動時及び停止時に 軸 2 の外周面 2 a と軸受部 3 の内周面 3 a が接触する とで 互いの面が摩耗する条件が同 じであ る 。 そのため、 回転方向 によ Ό て動圧軸受 1 の耐久性に差が生 じない。 また、 安定 し た回転状態になる までにかかる時間、 及び安定 した回転状態 となる回転数な ど も 、 回転方向によ らず同 じ性能を得る こ と ができる

そ して 、 外周面 2 a の 円周方向に沿う プロ フ ア イ ルが滑 ら かに連続してい る ため、 軸 2 の外周面 2 a と軸受部 3 の内周 面 3 a と の距離が広が る 溝 2 b の 回転方向へ上流寄 Ό 部分

(具体的には 、 図 1 3 中の矢印方向に軸 2 が回転 ^—る場 ゝ

Aで示す部分 ) の流れに、 乱れが生じ ίこ く い。

軸 2 は 、 先の実施形態の図 5 で示 したセ ンタ レス研削盤 1

0 で通し送 り 研削さ れる 。 したがつ て 、 軸 2 の外周面 2 a は、 表面粗さ が一様であ り 、 かつ、 加工 目 が周方向に： mつ てい る。 なお 、 本明細書にお いて 「加工 目」 とする も の は、 除去加ェ によ て被加ェ部に形成される顕著な筋 目 の こ とであ る 。 動 圧軸受 1 の軸 2 と軸受部 3 と を相対的に回転さ せた場 α 、 軸

2 の外周面 2 a 及び溝 2 b と軸受部 3 の内周面 3 a と の間の 流体が 、 加ェ 目 に沿っ て流れる。 したがっ て、 軸 2 と軸受部

3 と の間に乱流が発生し に く い と と も に、 下流側に剥離が生 じ難い こ のため、 軸 2 と軸受部 3 の相対的な回転速度につ いて 、 回転速度の遅い低回転数領域か ら 回転速度の速い高回 転数領域まで幅広い領域で、 回転軸心 2 c が安定しやすい。

軸 2 と軸受部 3 と は、 軽量化する ため に少な ぐ と ち一方を ァルミ ナ 、 窒化珪素、 ジルコ ニァ、 窒化アルミ ニゥム 、 肌焼 き鋼 ばね鋼 α 金工具鋼、 マル工 ¹ ~ ンン グ鋼 T 1 ァル - ―ゥム 、 ステ ン レス合金、 も し < は れ ら の材質の母 材にめ さ • 溶射な どによ り π一ティ ン グさ れた材質の 中 か ら選ばれる少な く と も 1 つの材料で構成する 特に 動圧 軸受 1 の加速及び減速を容易にする ために 少な < と ち 回転 する側に れ ら の材料を適用する とが好ま し い なお 口 金ェ且鋼 と は 、 曰 本工業規格で分類さ れる S K D 系及び S K

S 系の合金工具鋼鋼材に相当する部材である。

次に 、 溝 2 b の深さ D の平均寸法を D _{AV E}、 外周面 2 a に外 接する 円筒面の直径 （以後、 外径） を Φ 、 円筒面 と 内周面 3 a との直径ク リ ァ ラ ンス の平均寸法を C とする場 、 それぞ れの 正範囲を選定する実験を行ない、 その結果を図 1 5 か ら 図 1 7 に示す

実験において 、 軸 2 を回転側 と し、 軸受部 3 を固定側 と し た。 軸 2 は、 外径 Φが 8 m m、 溝数 n が 5 の も ので行なつ た。 軸受部 3 は、 軸 2 の外径 Φ に対して内周面 3 a の直径 （以後、 内径とする） と の ク リ ァ ラ ンス C の平均寸法が 5 m m後と なる ものを複数用意した。 各条件について、 回転数 24000rpm の ときの動圧を測定した。 また、 回転数を 24000rpm まで増加 さ せた後、 駆動力の供給を停止 し、 減速して軸 2 と軸受部 3 とが接触する ときの接触開始回転数を計測 した。

図 1 5 に示すよ う に、 ク リ ア ラ ンス C が小さ < なる と 、 回 転軸心の僅かなふ らつ きで軸 2 と軸受部 3 とが接触する ので、 接触 始回転数が大き く なる。 また、 ク リ ア ラ ンス C があ る 値を えて大き く なる と、 軸 2 と軸受部 3 と の間の動圧が小 さ く なる の で、 回転軸心がふ ら つ きやす く 、 接触開始回転数 が大き く なる。

―方 、 溝 2 b の深さ D は、 外周面 2 a の半径方向の変化率 tan ξ 、 軸 2 の外径 Φ、 溝数 η と と も に、 tan^ = 2 n D Z兀 Φ と表す こ とができる 。 溝 2 b が浅 く なる下流側部分 B では 、 tan ξ が大き く なる と軸 2 と軸受部 3 との間の圧力が高 く な 溝 2 b が深く なる方向に変化する上流側部分 Aでは、 tan が 大き < なる と軸 2 と軸受部 3 と の間の圧力が低下する。 また 上流側部分 Aでは、 tan がある値を超える と、 軸 2 と軸受部

3 と の間の流れに乱れが生じ、 回転軸心を 中心 とする圧力分 布が不安定となるため、 回転軸心がふ ら つき軸 2 が軸受部 3 に接触 しゃす く なる。 つ ま り 、 接触開始回転数は、 図 1 6 に 示すよ う に、 変化率 tan ξ が 0 か ら大き く なる につれて小さ < な り ゝ ある値で極小となっ た後、 徐々 に大き く なる。

したがっ て、 軸 2 と軸受部 3 と の間に発生する 動圧の圧力 分布によ る軸 2 の安定性の指数 となる接触開始回転数は 、 ク リ ァ ラ ンス C、 及び変化率 tan ξ 、 つま り 、 溝 2 b の平均深さ

D _AVEを変数とする関数で表すこ とができる。

そ こ で、 平均深さ D _AVE と ク リ ア ラ ンス C と を { D _AVE +

( C / 2 ) } / Φ と して、 接触開始回転数を図 1 7 に示すよ う にプロ ッ ト した。 { D _AVE+ ( C / 2 ) } Z ≤ 7 . 5 X 1 0 _ ⁴ の関係を有 している場合に、 接触開始回転数が 3000rpm 以下になる こ とがわかる。 また、 実験の結果、 こ の関係式は、 軸 2 の回転数が 100〜 lOOOOOrpm の範囲で有効であっ た。

軸受と軸受部の嵌合の精度限界を考慮する と、 D _AVEおよび c の現実的な製作可能範囲は どち ら も 0 . 1 H m程度のサブ

5 ク Π ンォ ダ一が限界であ り る。 また、 軸と軸受間に存在 する軸支持媒体の体積の減少を考慮する と、 C が微小な領域 に いては 、 動圧に変換でき るエネルギー量が極端に減少す る 同様に Cが微小な際に D _{A V E} を大き く しても 隙間方向 の流速の勾配値が増大し動圧を効率良 く 発生できない

と して、 図 1 8 に示すよ う に、 軸支持力であ る軸受剛性は、

{ D A V E + ( C メ ' 2 ) } ノ Φが例えば 0 . 2 5 以下の に小 さ ぐ なつ たと しても一定の値しか取 り 得ない。

軸受剛性が 定である とする な ら ば、 軸 と軸受 と の捽触状 態は、 ク リ ア ラ ンス の距離にのみ関連する 。 定常回転時には、 回転体のバラ ンス不釣合いに起因する であ ろ う 一定量の振れ 回 り が発生する。 こ の振れ回 り 量よ り も ク リ ア ラ ンスが小さ ければ、 軸 と 軸受は、 接触す る こ と に な る 。 結果 と し て、

{ D A V E + ( C / 2 ) } / Φが小さ い領域においては、 接触回 転数が高 く なる こ とが推測できる。

図 1 5 か ら ク リ ア ラ ンス C の上限及び下限を設定し、 し を基に図 1 6 力 ら溝 2 b の深さ D の上限及び下限を決め る 。 さ ら に 深さ D と図 1 6 を基に 軸 2 の外径 Φ に応 じた溝 2 b の数 n が決定される

上述のよ う に、 本発明に係る動圧軸受用 の軸によれば、 複 数の溝が外周面の周方向に並ベて配置さ れ 溝及び外周面の 表面粗さ がー様で、 周方向に加ェ が揃 てい る したがつ て、 の軸を動圧軸受に士 ,用 した場八 動圧軸受の軸受部 と 相対的に回転する こ とで軸 と軸受部と の間の流体に生 じ る流 れが加ェ 巨 に沿 て流れる ため 乱流にな り に く い。 すなわ ち 動圧軸受の回転軸心が安定しやす < 動圧軸受の回転数 が大ぎ い (回転速度が速い ) 状 においての回転軸心の心振 れを小さ ぐ する とがでさ る そ して の軸を備え る本発 明にかかる動圧軸受は、 上述の効果と 同 ¾の効果を得る と がでさ る

また 本発明 に係る上 の動圧軸受用 の軸において 軸の 少な ぐ と も一部に溝を連 して けた軸によれば、 軸心に沿 方向に広い範囲で軸が流体の動圧によ て保持さ れる ので、 回転軸心が安定 しやすい また 溝が周方向に等間隔で配置 さ れた軸によれば 軸受部の内周面 と の間に作用する動圧を 軸に対して均 に作用 させる とがでぎ る 軸心方向 と平行 に溝が形成された軸によれば 回転軸心の 円周振れを小さ < 抑える とができ る 。 軸心を 中心 とする 回転方向の位相が軸 心方向に沿つ て変化 している溝が形成さ れた軸によれば 軸 受部と の間に作用する動圧が軸心方向に いて均質化さ れる ので 回転軸心の全振れを小さ < 抑え る とができる そ し て 円周方向に沿つ て外周面が半径方向へなだ ら かにか 周 期的に変化する よ Ό に複数の溝が形成さ れた軸によれば 外 周面と溝が滑 ら かに連続する ので 外周面か ら 溝に掛けて回 転方向へ下流側 となる、 軸 と軸受部 と の隙間が広がる部分の 流れに 乱流が発生し に < < 溝内において流れが剥離を生 じ難い したがつ て 、 回転速度の遅い領域か ら速い領域まで 回転軸心が安 しゃすい

本発明に係る軸の製造方法によれば 動圧軸受用 の軸に加 ェされる材料 と こ の材料の外周面を加ェする加工旦 との間の 振動を制御する こ とで、 外周面の 円周方向に沿つ て並ぶ複数 の溝を備えた動圧軸受用 の軸を造る したが て 所 する 真円度及び円筒度の軸にする ための加ェェ と 軸の外周面 に溝を設ける溝成形工程 と 溝を加ェする と き にでぎ るパ リ な どを除去する 仕上げェ程を同時に行 う とができ る した がつ て 、 従来分けて行われていたェ を 1 J時に行 う とがで さ る ので、 加工コ ス 卜 を下げる とがでさ る さ ら に 溝の 本数によ らず複数本の溝を 時に加ェする とがでさ る ので 溝の本数を増やすこ と による加工コ ス 卜 の増加が生じない。

本発明に係る 圧軸受用 の軸によれば、 搆か ら外周部に掛 けて半径が大さ < なる方向に変化する部分に圧力の高い領域 が発生し、 外周部か ら溝に掛けて半径が小さ < なる方向に変 化する部分に圧力 の低い領域が発生する 。 ま り 、 軸が回転 する こ と によ て発生する動圧の高い領域と低い領域 とが軸 の外周の決ま つ た位置に交互に発生する。 の軸は 圧力分 布を軸の周方向に息図的に作 り 出す こ とで 八 フホヮ ル が抑制される

の場合 半径方向の変化量を拡大 して展開 した周方向に 沿う プロ フ ァ ィ ルが半径方向になだ ら かにかつ周期的に変化 する形に形成さ れている ため、 外周部か ら 溝にかけて回転方 向へ下流側に流れの乱れが形成さ れに く い また、 回転軸に 垂直な面を横切る方向に軸の一端か ら他端まで連続して溝が 形成さ れてい る ので 軸の途中で乱流や剥離 β を誘発する要 因がない したがつ て、 し の軸を備える本発明 に係る 圧軸受ネ冓造に よれば 、 軸と軸受部 との間に発生する動圧が 、 回転速 /又の遅 い低回転数領域か ら 回転速ノスの速い高回転数量域まで安 & し やすい つ ま Ό 、 動圧軸受の回転軸心が安定 し 、 軸と軸受部 との接触 始回転数が低下する ので 、 動圧軸受の回転始動時 及び停止時にお ける軸と軸受部 と の摔触回数が低下し 、 動圧 軸受の耐久性を向上させる こ とができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数の溝が外周面の周方向 に並べて配置さ れ、 前記溝及 び外周面の表面粗さ が一様で、 周方向 に加工 目 が揃っ てい る こ と を特徴とする動圧軸受用の軸。

2 . 前記複数の溝は、 少な く と も一部に連続 して設け ら れて いる こ とを特徴とする請求項 1 に記載の動圧軸受用 の軸。

3 . 前記複数の溝は、 周方向に等間隔で配置さ れている こ と を特徴とする請求項 1 に記載の動圧軸受用 の軸。

4 . 前記複数の溝は、 軸心方向 と平行に形成さ れてい る こ と を特徴とする請求項 1 に記載の動圧軸受用 の軸。

5 . 前記複数の溝は、 軸心を中心 とする 回転方向の位相が軸 心方向に沿っ て変化 している こ と を特徴 とする請求項 1 に記 載の動圧軸受用 の軸。

6 . 前記複数の溝は、 周方向に沿っ て前記外周面が半径方向 へ正弦波状に変化 して形成さ れた も のであ る こ と を特徴とす る請求項 1 に記載の動圧軸受用 の軸。

7 . 複数の溝が外周面の周方向に並べて配置さ れ、 前記溝及 び外周面の表面粗さ が一様で、 周方向に加工 目 が揃っ てい る 軸 と、 こ の軸の外周面を囲 う 円筒状の内周面が形成さ れた軸 受部と を備える こ と を特徴とする動圧軸受。

8 . 動圧軸受用 の軸に加工される棒状の材料と こ の材料の外 周面を加工する加工具との相対的な振動を制御する こ と によ り 、 複数の溝が外周面の周方向に並べて配置さ れ、 前記溝及 び外周面の表面粗さ が一様で、 周方向に加工目 が揃っ てい る 動圧軸受用 の軸を造る こ とを特徴とする軸の製造方法。

9 . 動圧軸受用 の軸に加工さ れる 状の材料と こ の材料の外 周面を加ェする加工具と の間に生 じ る 自 励振動を.制御する こ と によ り 、 複数の溝が外周面の周方向 に並ベて配置さ れ 、 刖 記溝及び外周面の表面粗さ が一様でゝ 周方向に加ェ 目 が fl'Jつ てい 動圧軸受用 の軸を造る と を特徴 とする軸の製造方法

1 0 - 動圧軸受用 の軸に加ェさ れる棒状の材料に対して こ の 材料の外周面を加工する加ェ具を備える加ェ装置に発生する 強制振動を制御する こ と に Ό 、 複数の溝が外周面の周方向 に並ベて配置さ れ、 前記溝及び外周面の表面粗さ が一様で、 周方向に加ェ 目 が揃っ てい る動圧軸受用 の軸を造る こ と を特 徴とする軸の製造方法。

1 1 . セ ンタ レス研削盤に よ て動圧軸受用 の軸に加ェさ れ る棒状の材料を加工プロセス 中 に 自 励振動させ、 刖記材料の 外周面の周方向に並べて複数の溝が形成さ れた動圧軸受用 の 軸を造る とを特徴とする軸の製造方法。

、

1 2 記複数の溝は、 前記外周面の周方向に等間隔で配置 さ れ 、 外周面と滑 ら かに連続する („ と を特徴とする請求項 1

1 に記載の軸の製造方法。

1 3 . 刖 セ ンタ レス研削 の研削条件の う ち 、 調整車の回 転数 、 jS 敕車の硬さ 、 研削砥石の回転数 、 研削砥石の粒度、 研削砥 ¾ の結合材硬さ 、 研削砥石の砥粒密度 、 ブレ一 ド の頂 角、 材料の心高、 研削砥石に対する心高角 、 調整車に対する 心高角、 材料の回転軸に対する 調整車の回転軸の傾斜角 、 材 料に対する研削砥石の切込み里 、 の内の少な ぐ と ち 1 つ を変 える こ とで 、 前記溝の数と深さ との少な < と も ど ち ら かが異 なる動圧軸受用 の軸を造る こ と を特徴 とする請求項 1 1 に し 載の軸の製造方法。

1 4 . 前記セ ン夕 レス研削盤の調整車 と研削砥石の少な く と 一方の回転数を前記加工プロセス 中 に変化させる と を特 徴とする請求項 1 3 に記載の軸の製造方法。

1 5 . 前記セ ン夕 レス研削盤の研削条件の う ち 、 材料の心高 を前記加工プロセス 中 に変化さ せる こ と を特徴とする請求項

1 3 に記載の軸の製造方法。

1 6 . 動圧軸受用 の軸に加工さ れる棒状の材料に対 してセ ン 夕 レス研削盤の研削砥石の回転軸を強制振動させ 刖 D材料 の外周面の周方向に並べて複数の溝を形成する こ と を特徴と する軸の製造方法。

1 7 . 動圧軸受用 の軸に加工さ れる棒状の材料 と の材料の 外周面を研削する砥石を備える 円筒研削盤と をびび Ό 振動さ せる こ と によ り 、 複数の溝が外周面の周方向に並ベて配置さ れ 、 前記溝及び外周面の表面粗さ が一様で、 周方向に加ェ 巨 が揃っ てい る動圧軸受用 の軸を造る こ と を特徴 とする軸の製 造方法。

1 8 . 動圧軸受用 の軸に加工さ れる棒状の材料 と の材料の 外周面を切削する 刃物を備える切削加工盤と をびび 振動さ せる こ と によ り 、 複数の溝が外周面の周方向に並ベて配置さ れ 、 前記溝及び表面粗さ が一様で、 周方向に加工 が im つ て いる動圧軸受用の軸を造る こ と を特徴とする軸の製造方法。

1 9 . 請求項 1 に記載の動圧軸受用 の軸において の軸の 外接円 の直径 Φが 0 . 1 5 0 m mの範囲であ る と を特徴 とする

2 0 - 動圧軸受用 の軸であ て 、 刖 軸は の軸に外揷さ れる軸受部 と回転軸心を 中心に相対的に回転する と によ て動圧を発生する複数の溝を外周面に有 し の溝は 刖記 外周面 而記回転軸心に沿 う 方向に 定に延びる と と も に周 方向に沿つ て刖 己軸の半径がなだ ら か に変化する形状であ Ό 記半径の最大値 と最小値 と の寸法差 となる 刖 溝の深さ D が 0 • 1 1 0 0 mの範囲内であ る こ と を特徵とする動圧 軸受用 の軸

2 1 • 回転軸心を 直に横切る方向に沿う 外周面のプ Π フ ァ ィ ル f ( は の プ Π フ ァ ィ ルに外接する平均円 を直線に なる よ う に展 した場 前記回転軸心に対する方位角 を Θ とする と、

in ("の

n=l

で表され、 次の条件

0.1<^-<100 [fim]

ム

Ό = f ( θ )MAX— f ( σ ΜΙΝ

を満たす こ と を特徴とする請求項 2 0 に記載の動圧軸受用 の 軸。

2 2 回転軸心に垂直な面を横切る方向に 端か ら他 で 連続して延びる溝が前記回転軸心を中心とする 回転対 数並べて配置さ れてお り 、 前記回転軸心を 中心 とする 半径方 向の変化量を拡大 して展開 した周方向に沿 う プロ フ ァ ィ ルが 正弦波状であ る外周形状を有する こ と を特徴とする動圧軸受 用 の軸 o

2 3 . 刖記溝の数は、 3 〜 1 5 の中か ら一つ選ばれる奇数で あ る こ と を特徴とする請求項 2 0 〜 2 2 に記載の動圧軸受用 の軸。

2 4 . 軸と こ の軸に外挿さ れる軸受部と を有する動圧軸受で あ っ て 前記軸は、 回転軸心を 中心に軸受部と相対的に回転 する こ と によ っ て動圧を発生する複数の溝を外周面に有 し こ の溝は 、 前記外周面を前記回転軸心に沿 う 方向に 定に延 びる と と も に周方向に沿っ て前記軸の半径がなだ らか に変化 する形状であ り 、 前記半径の最大値 と最小値 と の寸法差 とな る 記溝の深さ Dが 0 . 1 〜 ： L O O mの範囲内でめ る と を特徴とする動圧軸受。

2 5 . 前記軸受部が固定さ れ、 前記軸が回転する こ と を特徵 とする 求項 2 4 に記載の動圧軸受。

2 6 . 刖記軸に外接する 円筒面の直径を Φ 前記円筒面か ら 前記外周形状までの半径方向の最大寸法の平均値 となる平均 溝深さ を D _AVE、 前記軸受部の内周面と前記円筒面との直径ク リ ア ラ ンスの平均寸法を C とする と、 これらが、

{ D AVE + ( C / 2 ) } X Φ ≤ 7 . 5 X 1 0 - 4 の関係を有する こ と を特徴 とする請求項 2 4 に記載の動圧軸 受。

2 7 . 刖記軸および前記軸受部の少な く と も 方が ァル ナ、 窒化珪素、 シルコ 一ァ、 化ァル 一ゥム、 肌焼き鋼、 ばね鋼、 合金工具鋼 、 マル X一 、

ン ング鋼ゝ T i 八金 、 ァルミ 二ゥム、 ステン レス鋼 、 し < は上記材質の母材にめつ さ · 溶射な どによ り コ 一テ ングさ れた材質の 中か ら 、

mばれる 少 な く と も 1 つの材料で構成さ れる し と を特徴とする 求項 2

4 に言己 ¾の動圧軸受