(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の未加工軸スリーブと、
表面に複数の突出するリブを有し、前記未加工軸スリーブ内に組み込まれる内部型と、
前記未加工軸スリーブを囲み、電流の供給下において、前記未加工軸スリーブを該未加工軸スリーブの中心に向かって押す瞬間的な磁力を発生することによって、前記内部型表面上の複数のリブが前記未加工軸スリーブ上に動圧発生溝を形成するようにするための磁場発生装置と、
電源、充電／放電装置、およびスイッチを含み、必要な磁力を発生させるために前記磁場発生装置に電流を供給する電源ユニットと、
を有し、
前記磁場発生装置は、ソレノイドおよび支持部を含み、
前記支持部は、前記未加工軸スリーブの成形中に該未加工軸スリーブからの反力を中和し、ソレノイドを変形および破壊から守るために使用される流体軸受製造装置。
【請求項２】
前記内部型の熱膨張係数は、前記未加工軸スリーブの熱膨張係数より小さい請求項１に記載の流体軸受製造装置。
【請求項３】
前記内部型のリブは、該内部型の半径方向外側に向かって突出している請求項１または請求項２に記載の流体軸受製造装置。
【請求項４】
前記ソレノイドの材料は、銀、タングステン、銅、アルミニウム、アルミニウム合金および銅合金よりなるグループから選択される電気伝導率が良い材料である請求項１に記載の流体軸受製造装置。
【請求項５】
前記磁場発生装置は、前記未加工軸スリーブに対応する円形孔を有する伝導材質である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の流体軸受製造装置。
【請求項６】
前記充電／放電装置はコンデンサである請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の流体軸受製造装置。
【請求項７】
前記充電／放電装置は誘導子である請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の流体軸受製造装置。
【請求項８】
円筒管状の未加工軸スリーブに、表面に複数のリブを有し該リブが表面から半径方向に突出している内部型を組み入れ、
必要な磁場を発生するために外部から電力を供給される磁場発生装置を、前記未加工軸スリーブを囲むように配置し、
前記未加工軸スリーブをその半径方向内側に向かって押出すために、前記磁場発生装置に電力を供給して、非接触の外力を生成し、前記内部型上の複数のリブで前記未加工軸スリーブに動圧発生溝を成形し、
前記未加工軸スリーブおよび前記内部型を型分離温度に到達させることによって、型の分離を実行し、前記内部型および前記未加工軸スリーブが互いに干渉せずに分離可能であり、
前記未加工軸スリーブの成形中には、前記磁場発生装置に含まれる支持部により、該磁場発生装置に含まれるソレノイドが前記未加工軸スリーブから受ける反力を中和し、ソレノイドが変形および破壊から守られる流体軸受製造方法。
【請求項９】
前記非接触の外力は、パルス磁力である請求項８に記載の流体軸受製造方法。
【請求項１０】
前記型の分離は、前記内部型が前記未加工軸スリーブより小さい熱膨張係数を有することにより達成される請求項８または請求項９に記載の流体軸受製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体軸受を製造するための流体軸受製造装置およびその方法に関する。特に、ベアリングの内周面上に動圧発生溝を生じさせるために電磁成形法（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｏｒｍｉｎｇ）が採用されるので、操作中に潤滑層圧力および潤滑材シーリング効果が達成される。
【０００２】
【従来の技術】
軸受は、回転機械部における荷重に耐え、摩擦を最小にして支持するために用いられる装置である。ボールベアリングは、一般的な軸受の一種である。しかし、このような軸受には、大きな回転ノイズ、低い精度、および小型化の困難などの問題がある。
【０００３】
また、それらの軸受は、将来小さい装置に適用される場合、十分な精度を確保できない。たとえば、コンピュータシステムのファン、ＣＤ−ＲＯＭおよびＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）のような小さい機械部分または精密電子装置には、小型で、小さな回転ノイズで、低い回転摩擦で、振動に耐えうる軸受が望まれている。
【０００４】
本発明による流体軸受は、従来技術のいくつかの問題を実際に解決することができる。
【０００５】
流体軸受は、静圧軸受および流体力学軸受（ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ  ｂｅａｒｉｎｇｓ）の２つのグループに分類される。静圧軸受は、その標準状態で軸受内部に多くの流体潤滑材を有する。したがって、その静圧軸受は、高精度が要求される小さい回転機械部に適していない。
【０００６】
また、流体力学軸受は、適当な動圧発生溝（ｄｙｎａｍｉｃ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ  ｇｒｏｏｖｅｓ）を有し、その溝内に潤滑材が配される。溝は小さいので、ごく僅かな潤滑材だけが配される。したがって、回転の間、潤滑層圧力（ｌｕｂｒｉｃａｎｔ  ｆｉｌｍ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）および潤滑材シーリング効果（ｌｕｂｒｉｃａｎｔ  ｓｅａｌｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔｓ）が達成されうる。
【０００７】
現在スピンドルモータはより小さく設計されているので、その小さいモータに要求される精度の高さに合致する流体軸受を作成することはとても困難である。これは、動圧発生溝には、その深さ、幅、および同心性が厳しく要求されるからである。従来の精度機械加工法では、軸受溝にばりが生じ、同心性が悪く、カッターに重大な磨耗を与えるという問題を有することがある。
【０００８】
アサダに登録された米国特許第５，７５８，４２１号、および、ルシエル（Ｌｕｃｉｅｒ）に登録された米国特許第５，２６５，３３４号のような従来の技術は、ともに、金属ボールを用いた強い圧力を利用して、小さな溝を生成している。
【０００９】
この種の技術は、次の３つの不利益を有する。（１）型金属ボールは、成形する材料と接触する領域がとても小さく、摩擦に影響されやすい。（２）金属ボールが小さすぎて、その型締装置の設計が困難である。（３）圧延の間、精度位置決めおよび運転台が必要とされ、製造コストが増大する。
【００１０】
アサイに登録された米国特許第６，０７４，０９８号は、塑性射出成形法により軸受を作成している。この方法は強制的に型分離を実行するので、軸受の内周面の精度は悪く、軸受は耐磨耗性を有さない。
【００１１】
テシマに登録された米国特許第５，９１４，８３２号は、化学エッチングによって、板スラスト軸受を作成する。チーヴァーに登録された米国特許第６，１０８，９０９号は、ローララム方法（ｒｏｌｌｅｒ  ｒａｍｍｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）によって軸受の動圧溝を作成する。これらの方法は、両方とも、軸受の内周面を形成することができない。
【００１２】
このような上述の方法は、大量生産に適さず、製造コストを増大させてしまう。したがって、歩留まりを上げつつコストを下げる円熟した方法により流体軸受を製造するためにどのように電磁成形法を利用するかは、いくらかの技術的進展を必要とするという問題がある。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
前述の問題を解決するために、本発明は、極めて高い速度および高いエネルギー効率で塑性成形するという特徴を有する電磁成形法を用い、高い製品精度および大量生産効率を保証することができる流体軸受を製造するための流体軸受製造装置およびその方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１５】
（１）本発明の流体軸受製造装置は、管状の未加工軸スリーブと、表面に複数の突出するリブを有し、前記未加工軸スリーブ内に組み込まれる内部型と、前記未加工軸スリーブを囲み、電流の供給下において、前記未加工軸スリーブを該未加工軸スリーブの中心に向かって押す瞬間的な磁力を発生することによって、前記内部型表面上の複数のリブが前記未加工軸スリーブ上に動圧発生溝を形成するようにするための磁場発生装置と、電源、充電／放電装置、およびスイッチを含み、必要な磁力を発生させるために前記磁場発生装置に電流を供給する電源ユニットと、を有し、前記磁場発生装置は、ソレノイドおよび支持部を含み、前記支持部は、前記未加工軸スリーブの成形中に該未加工軸スリーブからの反力を中和し、ソレノイドを変形および破壊から守るために使用される。
【００１６】
（２）前記内部型の熱膨張係数は、前記未加工軸スリーブの熱膨張係数より小さい。
【００１７】
（３）前記内部型のリブは、該内部型の半径方向外側に向かって突出している。
【００１８】
（４）前記ソレノイドの材料は、銀、タングステン、銅、アルミニウム、アルミニウム合金および銅合金よりなるグループから選択される電気伝導率が良い材料である。
【００１９】
（５）前記磁場発生装置は、前記未加工軸スリーブに対応する円形孔を有する伝導材質である。
【００２０】
（６）前記充電／放電装置はコンデンサである。
【００２１】
（７）前記充電／放電装置は誘導子である。
【００２２】
（８）本発明の流体軸受製造方法は、円筒管状の未加工軸スリーブに、表面に複数のリブを有し該リブが表面から半径方向に突出している内部型を組み入れ、必要な磁場を発生するために外部から電力を供給される磁場発生装置を、前記未加工軸スリーブを囲むように配置し、前記未加工軸スリーブをその半径方向内側に向かって押出すために、前記磁場発生装置に電力を供給して、非接触の外力を生成し、前記内部型上の複数のリブで前記未加工軸スリーブに動圧発生溝を成形し、前記未加工軸スリーブおよび前記内部型を型分離温度に到達させることによって、型の分離を実行し、前記内部型および前記未加工軸スリーブが互いに干渉せずに分離可能であり、前記未加工軸スリーブの成形中には、前記磁場発生装置に含まれる支持部により、該磁場発生装置に含まれるソレノイドが前記未加工軸スリーブから受ける反力を中和し、ソレノイドが変形および破壊から守られる。
【００２３】
（９）前記非接触の外力は、パルス磁力である。
【００２４】
（１０）前記型の分離は、前記内部型が前記未加工軸スリーブより小さい熱膨張係数を有することにより達成される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明は、極めて高い速度および高いエネルギー効率で塑性成形するという特徴を有する電磁成形法を用い、軸受の内周面上に小さな動圧発生溝を生成する。このような装置および方法は、高い製品精度および大量生産効率を保証することができる。
【００２６】
本発明は、さらに、温度差を利用する型の分離方法を提供する。この方法では、異なる熱膨張係数を有する内部型（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｍｏｌｄ）材料および未加工軸スリーブ材料を見つけなければならない。熱膨張係数を異ならせることにより、製品の成形後は、システムを型分離のために、妥当な温度に加熱または冷却するだけでよい。したがって、内部型および部品が分離されたときに、たやすく製品部分を取り出すことができる。
【００２７】
電磁成形法は、金属を即座に成形することができる高エネルギー速度加工法（ｈｉｇｈ  ｅｎｅｒｇｙ  ｒａｔｅ  ｆｏｒｍｉｎｇ  ｍｅｔｈｏｄ）である。金属成形速度を増加させるこの方法は、実際に材料の成形を改善することができる。その理由は、金属が非常に高い速度で成形される場合、金属がまるで流体のようであるからである。これにより、成形中に生じるスプリングバックやしわの問題を効率的に回避できる。
【００２８】
この方法は、結果として塑性変形となる従来の機械加工の多くの制限を克服することができる。一般的に、従来の機械的二次成形法は、０．０３〜０．７３ｍ／ｓｅｃ辺りの速度で行われる。しかし、高エネルギー速度加工法は、２７ｍ／ｓｅｃから２２８ｍ／ｓｅｃ間の速度に達することがある。これからわかるように、これらの間には相当な違いがある。
【００２９】
以下の実施の形態により、本発明の装置および方法を実施可能となるように説明する。以下では、図面を参照して詳細に説明するが、本発明は、この詳細な説明により限定されるものではない。
【００３０】
＜第１実施形態＞図１は、本発明の製造方法を説明するための概略図である。
【００３１】
図１に示すように、流体軸受の製造装置は、内部型１０、未加工軸スリーブ２０、および、磁場発生装置３０を有する。
【００３２】
内部型１０は、型引上げ部１０１を有する。この型引き上げ部１０１は、製品が成形されて製品と型との分離の準備ができた後に型をつかむために用いられるので、装置は製品を直ちに取り出すことができる。
【００３３】
内部型１０は、さらに複数のリブ１０２を有する。これらのリブ１０２は、未加工軸スリーブ２０のベアリングの内周面上に溝を形成するために使用される。未加工軸スリーブ２０は、厚さｔの外壁を有する円筒管である。内部型１０は、未加工軸スリーブ２０に差し込まれる。
【００３４】
本実施例では、磁場発生装置３０は、ソレノイド３０１および支持部３０２で構成される。ソレノイド３０１は、螺旋形状の導体より形成される。それは、両端で電源４０に接続され、未加工軸スリーブ２０の周りをコイル状に巻くように配置される。支持部３０２は、ソレノイド３０１を囲んで配置される。製品の品質は、ソレノイド３０１が発生する磁場の均等性および対称性により決まる。
【００３５】
流体軸受は、電磁成形法を用いて製造されるので、未加工軸スリーブ２０およびソレノイド３０１は共に導電性がなくてはならない。電源４０に関しては図２に示す。
【００３６】
図２は、電源ユニットの概略図である。電源ユニットは、電源４０、充電／放電装置５０、およびスイッチ６０を含み、必要な磁力を発生させるために磁場発生装置３０に電流を供給する。ここで、充電／放電装置５０は、たとえば、コンデンサや誘導子である。
【００３７】
内部型１０が未加工軸スリーブ２０内に組み入れられ、それからソレノイド３０１によって囲まれる。ソレノイド３０１の両端は、電源４０、充電／放電装置５０、およびスイッチ６０に接続され、ループを形成する。
【００３８】
ソレノイド３０１は、支持部３０２によってさらに囲まれる。ソレノイド３０１は、たとえば、円筒状の堅固な管（支持部３０２）によって囲まれて、これにより成形中に未加工軸スリーブ２０からの反力を中和されることができるので、該反力による破壊または変形が回避される。
【００３９】
流体軸受製造の際には、まず、電源４０は、充電／放電装置５０が飽和するまで充電する。その後、スイッチ６０を閉じて、瞬間的な放電を起こす。大きなパルス電流は、ソレノイド３０１内を流れ、即座に強い磁場を発生させる。すると、未加工軸スリーブ２０は、直ちに抵抗する渦電流を発生する。外部磁界の渦電流は、未加工軸スリーブ２０を内側に押出す大きな斥力を有し、材料変形を生じさせる。
【００４０】
したがって、塑性成形を実行するために電磁成形法を使用すれば、外側に型は必要なく、加えられた外力は非接触である。この非接触の外力は、パルス磁力である。これにより製造コストを効果的に減少することができる。
【００４１】
電磁成形法を使用して製造される流体軸受の最終生成物は、図３に示される。図３は、成形された軸受の横断面図である。流体軸受内の動圧発生溝７０１は、潤滑材のための水路である。動圧発生溝７０１は、軸受の回転中、潤滑層圧力および潤滑材シーリング効果を保証する。動圧発生溝７０１の深さは浅く、通常、０．００２ｍから０．０２ｍの間である。従来の成形方法は、成形材料の不完全な流動性の問題を有し、その結果、流体軸受の製造を不可能としていた。したがって、製造に電磁成形法を使用することは、実により良い採択である。
【００４２】
＜第２実施形態＞本発明の第２実施形態は、図４に示される。図４は、本発明の第２実施形態を示す概略図である。磁場発生装置３０は、一般的に、円形孔３０３、ボルト３０４、および電極３０５を有する平らな導電材料である。内部型１０が未加工軸スリーブ２０に挿入され、その状態で磁場発生装置３０の円形孔３０３内に配置される。
【００４３】
第２実施形態の円形孔３０３は、たとえば、第１実施形態の支持部３０２の円形孔が破損して装置全体が作動できない場合に予備品として使用することもできる。磁場発生装置３０の電源４０は、供給源ユニットからの電極３０５である。電極３０５は、伝導材料から離れないように、伝導材料上にボルト３０４によって締結されている。設計、製造原理およびプロセスは、第１実施形態と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００４４】
図５は、電磁成形法を用いた流体軸受の製造工程を示すフローチャートである。
【００４５】
完成内部型は、未加工軸スリーブ内に組み込まれる（ステップ１１０）。電源ユニットは、充電／放電装置を充電し始める（ステップ１２０）。一旦、完全に充電されると、充電／放電装置は、即座にその充電を開放し、これにより上述のように材料が成形される（ステップ１３０）。最後に、内部型と未加工軸スリーブとが分離され、型が取り出される。
【００４６】
型の分離は、型の設計段階において考慮されなくてはならない。したがって、型は分離可能な部品に形成される。しかし、流体軸受の型を形成するとき、そのような分離可能な型は、次の２つの問題を有する。（１）その精度が悪くなり、（２）機械加工するには型が小さすぎる。したがって、我々は、流体軸受の製造には、分離可能な型については考慮しない。
【００４７】
精度のよい流体軸受は、その軸受の内周面上の溝に特性を有する。したがって、内部型を構成する材料に小さい熱膨張係数を有するものを、未加工軸スリーブを構成する材料にそれより大きな熱膨張係数を有するものを選択することが好ましい。
【００４８】
成形後、型を分離するためには、作用している部品を適当な温度（型分離温度）まで加熱または冷却するだけでよい。このように部品が型分離温度に達することにより、内部型の外周よりも未加工軸スリーブの内周が大きくなり、内部型および製品は、リブおよび溝を含み全く干渉しなくなる（ステップ１４０）。
【００４９】
型の分離後、高精度でばりを有さない流体軸受が得られる（ステップ１５０）。なお、上記の適当な温度は、材料特性（熱膨張係数）に従って決定される。たとえば、内部型が鋼でできている場合、その熱膨張係数は０．ｌｌ×１０−４／℃である。また、未加工軸スリーブがアルミニウム合金である場合、その熱膨張係数は０．２４×１０−４／℃である。
【００５０】
たとえば、２μｍの公差で型の分離を得たい場合、干渉を回避するために、温度を１０３℃まで上げる必要がある。５μｍの公差のためには、型の分離の成功に２５６度の温度が必要とされる。さらに、内部型および未加工軸スリーブの熱膨張係数の取り合わせによっては、冷却によっても同様の効果を達成することができる。
【００５１】
【発明の効果】
上記開示した流体軸受を製造するための流体軸受製造装置およびその方法を用いて、ばり、動圧発生溝の不完全な同心度、困難な準備、および、たやすく起こるカッターの磨耗といった様々な問題を解決することができる。したがって、本発明は以下の効果を奏する。
【００５２】
（１）本発明では、外部型を必要としないので、型の作成工程を非常に単純化することができ、製造コストを低減することができる。
【００５３】
（２）開示された本発明の方法は、上述のように容易に流体軸受を製造できるので、従来技術と比較すると、最もサイクルタイムが短く、これによって歩留まりを増加することができる。
【００５４】
（３）このように製造される流体軸受の溝は、より高い精度を有し、ばりが発生しない。
【００５５】
（４）本発明の装置は、高精度の位置決めプラットホームを必要としない。その代わりに、高精度な型を必要とするだけである。したがって、本発明は、装置の購入費および維持費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の製造方法を説明するための概略図である。
【図２】  電源ユニットの概略図である。
【図３】  成形された軸受の横断面図である。
【図４】  本発明の第２実施形態を示す概略図である。
【図５】  電磁成形法を用いた流体軸受の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…内部型、
２０…未加工軸スリーブ、
３０…磁場発生装置、
４０…電源、
５０…充電／放電装置、
６０…スイッチ、
１０１…鋳型引上げ部、
１０２…リブ、
３０２…支持部、
３０３…円形孔、
３０４…ボルト、
３０５…電極、
７０１…動圧発生溝。
【図１】
0003677247.tif 000002
【図２】
0003677247.tif 000003
【図３】
0003677247.tif 000004
【図４】
0003677247.tif 000005
【図５】
0003677247.tif 000006