(57)【要約】本発明の一態様おいて、電極と加工物の間に形成されるギャップは電解質の流入圧力に応じて自動的に調整される。そのときの流量を一定に保ち、電解質流入圧力に応じて電極４１６と加工物４００の間のギャップ４２０を自動的に調整するために取り付けられた、荷重をかけたすなわち偏らせた電極を備えた、加工物のＥＣＭ溝加工用装置が提供されている。二重型円錐形又は単一型円錐形加工物の雌の部分はフレーム又はプラテン上に支持され、円錐開口部がＺ軸に指定する軸に面している。好ましくは円錐形加工物の中心軸と一致する軸線に沿って作用するスライド電極アセンブリ４１６が設けられている。この電極アセンブリは、電極アセンブリの動的部品を支える静的部品、及び既知の質量で荷重すなわち偏向し、Ｚ軸に沿って移動可能な電極を含む動的部品を備えている。この電極は、加工物４２８から機械加工ギャップ４２０を通して位置を揃えられる面４１８上に、加工物上に形成される予定の溝パターンを備えている。このパターンは導電性の部材を備えており、その結果、加工物と電極の間に必要な電流を設定することができる。電解質が加工物と動的電極の間の機械加工ギャップ内に又はこのギャップを通して一定の静的圧力で注入される際に、加工物に向かって又は加工物から遠ざかって移動することによる圧力に反応して動的電極がある一定のギャップ幅を設定して必要な溝の幅と輪郭を生み出す。電極及び動的支持部は注入される電解質の一定の静的圧力に応じて移動するので、電極スライド・アセンブリ４１６に作用する力が機械加工ギャップを設定する主要制御因子である。
2005525241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体軸受で用いられる円錐軸受の表面に電気化学的に溝をエッチングする装置であって、軸線の周りに円錐部を保持するためのフレームで、軸線に沿って移動可能な可動電極に面し、該電極が軸線方向に移動可能で溝パターンの付いている表面を有して円錐部の内面上にぴったりとはまるフレームと、
可動電極の表面と円錐部の内面の間に一定の静圧で注入される電解質の供給源と、
電極を支えて、摩擦による制約を最小にして円錐部の内面に向かって及び円錐部の内面から遠ざかって移動させる静止固定具とを備え、力により円錐部内面に向けて電極表面を偏らせ、その結果、電解質が流れる円錐部内面と電極表面間のギャップが主に電解質の静的流量と円錐部内面に向かう電解質の偏向力によって決定されるようにした装置。
【請求項２】
静的フレームが気体静力学スライドを備え、電極が、静的フレームと電極を支える動的部品間のギャップ内の空気軸受によって主に支えられる円錐部の内面に向かって及び円錐部の内面から遠ざかって軸線沿いに移動する請求項１に記載の装置。
【請求項３】
電極が円錐形電極であってその外面上に溝パターンを含み、円錐部内面内に形成される溝は前記溝パターンによって輪郭が定められる請求項１に記載の装置。
【請求項４】
円錐面の方への動的部品及び電極の偏向は、前記動的部品の末端に対する圧力によって設定される請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記圧力が、少なくとも動的部品の末端を囲むセルで閉じこめられている空気圧力によって規定される請求項４に記載の装置。
【請求項６】
加工物及び電極にそれぞれ印加され、ギャップを横切って一定の電流量を生成する電位の供給源をさらに含み、その結果ＥＣＭ加工を実施する速度が主に電極表面と円錐部内面の間のギャップによって決定される請求項４に記載の装置。
【請求項７】
動的スライドと静的フレーム間の半径方向の隙間が約０．００２ｍｍから０．００３ｍｍである請求項３に記載の装置。
【請求項８】
移動のための動的部品を静的部品を通して半径方向に支える空気圧力の供給源でもある動的スライドの末端に加えられる空気圧力の供給源を備え、これによって空気圧力が、自己密封式でＥＣＭ電解質を静電スライド内の重要部分の外に保持している気体静力学的スライドを作っている請求項７に記載の装置。
【請求項９】
動的部品と静的部品の間のギャップの空気圧力が十分高くて、動的部品が沿って移動する軸線に対するｘ軸及びｙ軸において大きな力対変位比率を与えることができ、その結果、スライドの加工面電極面が溝加工される面に対して正確に位置を揃えた状態を維持する請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
円錐加工物の表面に電気化学的に溝をエッチングする装置であって、
加工物を装置内に固定的に支持する手段と、
エッチングされる溝パターンがついた電極を、加工物内で軸線に沿ってかつ加工物の円錐面からギャップを横切って偏らせる手段と、ギャップに電解質を供給する手段とを備える装置。
【請求項１１】
前記ギャップに電解質を供給する手段が電極を偏らせる手段と協働し、これによってギャップを設定する請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記加工物を固定的に支持する手段が、軸線のまわりに加工物を保持するためのフレームであって、軸線に沿って移動可能な可動電極に面するフレームを有し、電極が軸線方向に移動可能で、溝パターンの付いている表面を有して加工物の内面上にぴったりとはまる請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記電解質を加える手段が、可動電極の表面と円錐部の内面の間に一定の静圧で注入される電解質の供給源を備える請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記電極を偏らせる手段が、電極を支えて、摩擦による制約を最小にして円錐部の内面に向かって及び円錐部の内面から遠ざかって移動させる静止固定具と、円錐部内面に向けて電極表面を偏らせ、その結果、電解質が流れる円錐部内面と電極表面間のギャップが主に電解質の静的流量と円錐部内面に向かう電極の力による偏向によって決定される圧力源とを備える請求項１１に記載の装置。
【請求項１５】
前記加工物を固定的に支持する手段が、軸線のまわりに加工物を保持する静止フレームであって、軸線方向に移動可能で溝パターンの付いている表面を有して加工物の内面上にぴったりとはまる軸線沿いに移動可能な可動電極と向き合う静止フレームを備える請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
流体軸受で用いられる円錐軸受の表面に電気化学的に溝をエッチングする方法であって、軸線の周りに円錐部を保持し、軸線方向に移動可能で溝パターンが付いている表面を有して円錐部の内面上にぴったりとはまる軸線沿いに移動可能な可動電極と向き合うフレームを備え、
可動電極の表面と円錐部の内面の間に一定の静圧で電解質を注入することと、
摩擦による制約を最小にして円錐部の内面に向かって及び円錐部の内面から遠ざかって移動させるように電極を支持することと、円錐部内面に向けて電極表面を偏らせ、その結果、電解質が流れる円錐部内面と電極表面間のギャップが主に電解質の静的流量と円錐部内面に向かう電極の力による偏向によって決定されることとを含む方法。
【請求項１７】
前記静的フレームが気体静力学型スライドを備え、前記方法が、静的フレームと電極を支える動的部品間のギャップ内の空気軸受によって主に支えられる円錐部の内面に向かって及び円錐部の内面から遠ざかって軸線沿いに電極を移動させる段階を含む請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電極が円錐形電極であってその外面上に溝パターンを備え、前記方法が、前記溝パターンによって輪郭が定められる通りに円錐軸受の表面上に溝を形成することを含み、加工物及び電極にそれぞれ印加される電位をさらに供給し、前記電位がギャップを横切って一定の電流量を生成しその結果ＥＣＭ加工を実施する速度が主に電極表面と円錐部内面の間のギャップによって決定される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記動的部品の末端に対する空気圧力によって、円錐面に向けた動的部品及び電極の偏らせを設定する段階を含む請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
動的部品と静的部品の間のギャップにおいて設定された前記空気圧力が十分高くて、動的部品が沿って移動する軸線に対するｘ軸及びｙ軸において力対変位の大きな比率を与えることができ、その結果、スライドの加工面電極面が溝加工される面に対して正確に位置を揃えた状態を維持する請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、Ｄｕｓｔｉｎ  Ａ．Ｃｏｃｈｒａｎによって発明された円錐流体軸受の電気化学的機械加工（ＥＣＭ）溝加工のための自動機械制御ギャップという名称の２００１年１１月８日に出願した米国仮出願第６０／３３７３３３号に基づいている。この仮出願は優先権を主張するものであり、参照として本明細書に援用する。
【０００２】
本発明は、一般に流体軸受の分野に関し、さらに詳細に述べると流体軸受の円錐形部品に溝をエッチング加工することに関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気ディスク・ドライブ、光ディスク・ドライブ及び光磁気ディスク・ドライブを含むディスク・ドライブは情報の記憶に広く用いられている。代表的なディスク・ドライブは１つ又は複数のディスク又はプラタを有し、これらのディスク又はプラタは、スピンドルに固定され、高速で回転されて、アクチュエータ・アームでディスク上に懸架される読取り／書込みヘッドを通る。このスピンドルはスピンドル駆動モータによって回転させられる。モータは一般に、一端にスラスト・プレートを有する軸と、スラスト・プレートを備えた軸が挿入されるスリーブおよびくぼみを有する回転ハブとを含む。ハブ上の磁石が固定子と相互作用して、この軸に対しハブを回転させる。
【０００４】
これまで、従来のスピンドル・モータはしばしば、ハブと軸とスラスト・プレートの間に従来のボール・ベアリングを使用していた。しかしながら、長年にわたって、記憶容量の増加及びディスク・ドライブの小型化に対する要求は、読取り／書込みヘッドのディスクへのさらなる接近配置をもたらした。現在、読取り／書込みヘッドは、ディスク上のわずか百万分の数インチの箇所に懸架されることが多い。このような近接には、ディスクが実質的に１つの平面上で回転することが必要である。ディスクの回転におけるわずかな面ブレ又は心振れはディスクの読取り／書込みヘッドへの衝突を引き起こし、ディスク・ドライブを損傷してデータの喪失を招く可能性がある。この回転の正確性はボール・ベアリングを使用して達成することはできないので、最新世代のディスク・ドライブは、軸とスラスト・プレートに流体軸受を備えてハブとディスクを支えて回転させるスピンドル・モータを用いている。
【０００５】
流体軸受において、ガス又は液体又は空気などの潤滑流体は、ディスク・ドライブの固定部材と回転部材の間に軸受面をもたらす。固定部材又は回転部材の表面上に形成された動圧生成の溝は、スピンドルの高精度な回転を可能にする局部的に高圧の区域すなわち動的クッションを発生する。一般的な潤滑剤はオイル及び強磁性体流体を含んでいる。流体軸受は、一連の点状の境界面を備えるボール・ベアリングと比較すると軸受境界面を広くて連続な表面上に広げている。軸受面が増加すると回転部材と固定部材間の面ブレ又は心振れが減少するので、このことは望ましい。さらに、流体軸受によって耐衝撃性及び堅牢さの改良が達成される。また、境界区域において流体を使用すると、減衰効果が軸受に付与され、これは非再現性の心振れを低減するのに役立つ。しかしながら、効果があるようにするためには、圧力生成溝が、高速ベースで形状及び深さの両方について非常に正確に形成されなければならない。
【０００６】
動圧生成溝を生成する一般に知られた１つの方法が、参照によって本明細書に援用するＡｓａｄａ（ＡＳＡＤＡ）に付与された米国特許第５７５８４２１号に開示されている。ＡＳＡＤＡは、加工物内に溝を形成するために加工物表面の上に球を押し当て転がすことによって溝を形成する方法を教示している。球の直径は一般に約１ｍｍであり、加工物の材料より硬いカーバイドなどの材料で作られている。この方法及び得られた流体軸受は、ボール・ベアリングを使用するスピンドル・モータに対して大幅な改善となるが、完全には満足できるものではない。上記の方法に関する問題の１つは、加工物内での材料の移動であり、この移動が溝の縁に沿った隆起部や突起部をもたらした。たとえば、研磨加工又はばり取り加工によってこれらの隆起部を除去することは、往々にして時間を要し、その結果費用がかかる工程である。さらにまた、歩留まりの低下を避けるために、加工物表面を損傷しないよう非常な注意を払う必要がある。
【０００７】
上記の方法に関する別の問題は、アクセス時間、すなわちディスク上の特定箇所に対するデータの読取り又は書込みに要する時間を減少させる回転速度の高速化に向かうディスク・ドライブの最近の傾向によるものである。ディスク・ドライブは現在では、一般に７０００回転／分以上の速度で回転する。これらの高速化には、より硬い材料で作られる軸とハブが要求される。過去においては１つ又は複数の軸、スリーブ又はハブが、たとえば真鍮又はアルミニウムなどのより軟らかい材料で作ることができたのに対して、現在ではこれらの部品はすべて、たとえば、鋼、ステンレス鋼又はその合金などのより硬い材料で作り出さなければならないことが多い。これらの金属は球の材料と同程度の硬さか又はこれより硬い。それ故に、最新世代のディスク・ドライブ用流体軸受を製造するのに上記の方法は全く機能しない。
【０００８】
流体軸受の溝を製造する別の方法が、Ｍａｒｔｅｎｓ等（ＭＡＲＴＥＮＳ）に付与され、参照により本明細書に援用する米国特許第５８７８４９５号に開示されている。ＭＡＲＴＥＮＳは、金属除去器具と、溝のパターンが形成される方向に加工物を徐々に移動させる固定具とを有する旋盤などの装置を使用して動圧生成溝を形成する方法を教示している。この金属除去器具は、加工物の移動毎に短いたがねで彫る動きを行って溝を形成する。除去しなければならない隆起部を生成しないという点で初期のものに対する改良がなされているが、この方法もまた完全には満足できるものではない。１つには、ＡＳＡＤＡによって教示されたものと同様のこの方法は一般に、機械加工することがより困難であることに加えて、往々にして脆く且つたがね彫り動作によって損傷を受ける可能性があるより硬い金属に関して使用するのに適したものではない。そのうえ、各溝又は溝の部分は個別に形成されなければならず、その後加工物が移動されるので、この加工は非常に時間がかかる傾向があり、そのため費用がかかる。さらにまた、この方法に必要な機器がそれ自体高価なものであり、金属除去器具は磨耗を受け、頻繁に取替えが必要である。
【０００９】
溝を製造する別の方法は、Ｔｅｓｈｉｍａ（ＴＥＳＨＩＭＡ）に付与され、参照により本明細書に援用する米国特許第５９１４８３２号に記述されているように従来のエッチング加工を伴う。ＴＥＳＨＩＭＡは、加工物の露出した部分だけがエッチングされるように、エッチングに先立って加工物をパターン化されたエッチ液に耐性のある皮膜で覆う方法を教示している。この方法は、前に説明した方法の問題の多く、すなわち溝まわりの隆起部の形成及び硬い金属中に溝を形成できないことなどの問題を避ける一方で、別の問題を生じ、その結果、この方法もまた完全に満足できるものではない。１つの問題は、エッチ液に耐性のある皮膜を塗布しパターン形成するときに消費する時間である。これは特に、ＴＥＳＨＩＭＡにおけるように、パターン形成又はエッチングに先立ちレジスト皮膜を焼き付けしなければならないところで問題となる。別の問題は、エッチング後にこの皮膜を取り除かなければならないことである。これはしばしば困難な作業であり、正しく行わない場合は加工物表面上にレジスト材料が残り、軸受の損傷及びディスク・ドライブの破壊を招く可能性があるものである。この方法に関するさらに別の問題は、加工の工程のそれぞれが環境に対して危険でかつ往々にして有毒な、フォトレジスト材料、現像液、溶剤及び強酸を含む化学薬品を広範囲にわたって使用する必要があることである。
【００１０】
したがって、ディスク・ドライブでの使用に適した流体軸受を製造するために、硬い金属で作られた加工物内に溝を形成する装置及び方法の必要性がある。この装置及び方法が溝の迅速かつ安価な形成を可能にすることが望ましい。この装置及び方法が高価な機器又はしばしば取り替えなければならない金属除去器具の使用を必要としないこともまた望ましい。この装置及び方法が、製造時に、加工物を汚染し軸受の損傷及びディスク・ドライブの破壊を招く可能性があるエッチ液に耐性のある材料を使用しないことがさらに望ましい。
【００１１】
上記の問題の結果として、流体軸受における溝の電気化学的機械加工法が開発された。ＥＣＭの大まかな説明は以下の通りである。ＥＣＭは、機械的又は熱エネルギーを使用せずに材料金属を取り除く加工法である。基本的には、電気エネルギーが化学物質と結びつけられて電気メッキと逆の反応を形成する。この方法を実施するためには、陽極として働く加工物と、一般に形成されるパターンをつけ、陰極として働く電極の間に直流を通し、２つの表面の間にある導電性電解質を通して電流を流す。陽極表面において、電流によって電子が取り除かれ、表面における分子構造の金属結合が切れる。これらの原子は、金属イオンとしての電解質とともに溶液中に入り、金属水酸化物を形成する。この金属水酸化物（ＭＯＨ）は運び出されてろ過される。しかしながら、この方法では、ギャップの設定によって金属イオンが運び出される速度と量が決定されるので、非常に正確に輪郭を定めなければならないギャップの向こう側に正確かつ同時に各溝を設置する必要性が生じる。簡単な構造においてすら、この問題は解決が難しい可能性がある。構造が円錐軸受の内部構造である場合、ギャップ幅の設定が極度に困難である可能性がある。円錐部に関する生産性の問題のために円錐部の直径を管理することが難しくなることがよくある。したがって、電極ギャップに対して連続した均一な加工物を保証する、固定電極を備えた器具を作ることは非常に難しい。上記したように、このギャップ間隔は溝加工された深さの正確さにとって最も重要である。
【００１２】
以上を考えると、移動電極を内蔵し、溝の形成に使用される器具を作り出す又は規定することが必要である。移動電極の使用は別の問題、すなわち電極と溝が形成される加工物表面との間のギャップを如何に設定するかという問題を引き起こす。電極と加工物間のギャップは多くの場合に「臨界オリフィス」である。臨界オリフィスの流量測定が用いられる、それは、他のすべてのパラメータは変わらず、ギャップの設定によって金属イオンが運び出される速度と量が決定され、これによって形成される溝の形状と深さが決定されるからである。
【００１３】
既知の設計では、所定の質量流量を得るためにギャップが変更され、そのギャップを設定するために加工物に対する電極の位置が機械的に調整される。これには時間にして３０秒かかり、製造コストに直接つながる。本発明はこの問題及びその他の問題に対する解決策を提供し、従来技術に勝るその他の利益をもたらすものである。
【００１４】
本発明はこれらの及びその他の問題に対する解決策を提供し、従来技術に勝るその他の利益をもたらす。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、流体軸受を形成するのに使用される円錐軸受の表面に電気化学的に溝をエッチングする方法と装置に関する。
【００１６】
本発明の一態様おいて、電極と加工物の間に形成されるギャップは電解質の流入圧力に応じて自動的に調整される。
【００１７】
本発明の別の態様おいては、荷重をかけたすなわち偏らされた電極を備える装置が提供され、この電極は、電流を一定に保ち、電解質流入圧力に応じて電極と加工物の間のギャップを自動的に調整するように取り付けられる。
【００１８】
一実施例によれば、二重型円錐形又は単一型円錐形加工物の雌の部分がフレーム又はプラテン上に支持され、円錐開口部がＺ軸に指定した軸に面している。好ましくは円錐形加工物の支持軸と一致する軸に沿って作用するスライド電極アセンブリ（組立体）が設けられている。この電極アセンブリは、電極アセンブリの動的部品を支える静的部品、及び既知の質量で荷重をかけたすなわち偏らせた、Ｚ軸に沿って移動可能な電極を含む動的部品を備えている。この電極は、加工物から機械加工ギャップを通して位置を揃えられる面上に、加工物上に形成される予定の溝パターンを備えている。このパターンは導電性の部材を備えており、その結果、加工物と電極の間に必要な電流を設定することができる。電解質が加工物と動的電極の間の機械加工ギャップ内に又はこのギャップを通して一定の静的圧力で注入される際に、動的電極が、加工物に向かって又は加工物から遠ざかって移動することによる圧力に反応してある一定のギャップ幅を設定して必要な溝の幅と輪郭を生み出す。電極及び動的支持部は注入される電解質の一定の静的圧力に応じて移動するので、電極スライド・アセンブリに作用する力が機械加工ギャップを設定する主要制御因子である。
【００１９】
電解質は一定の圧力で注入されるので、電極は、電極パターンが円錐形表面に面した状態でＺ軸に沿った平衡部分に達し、これによって機械加工ギャップを制御する。
【００２０】
好ましい形では、電極スライド・アセンブリは、円錐形部品に対する移動方向（Ｚ軸）でほとんど摩擦がないように意図される。このスライド・アセンブリはさらに、ｘ及びｙ（水平）軸において非常に大きな力対変位の比率を持つように設計され、その結果、非常に正確な円錐形表面上の溝パターンの配置が達成される。
【００２１】
好ましい形では、スライド・アセンブリが、可動部品間の半径方向の隙間が非常に狭い（０．００２から０．００３ｍｍ）状態で高い圧力で動作する気体静力学的軸受を備えている。このような気体静力学的スライド機構を使用する別の利益は、それが自己密封式であり、ＥＣＭ電解質（一般に塩水など）を電極と加工物の間のギャップから離して重要部分の外に遠ざけることである。
【００２２】
本発明のそれ以外の特徴と利益は、添付図面に照らし合わせて以下の本発明の実施例の詳細な説明を検討した当業者にとって明白となろう。
【実施例】
【００２３】
図１は、本発明の方法と装置によって機械加工された流体軸受を有するスピンドル・モータが特に有用な磁気ディスク・ドライブの分解斜視図である。図１を参照すると、ディスク・ドライブ１００は一般に、封止材１２０で封止してカバー１１５に取り付けた基部１１０を有するハウジング１０５を備えている。このディスク・ドライブ１００は、情報を磁気的に記憶するための磁気媒体（図示してない）で覆われた表面１４０を有するいくつかのディスク１３５が取り付けられるスピンドル１３０を有している。スピンドル・モータ（この図に示してない）によってディスク１３５が回転して、懸架アーム・アセンブリ１５０によってディスクの表面１４０の上に懸架される読取り／書込みヘッド１４５を通過する。動作時に、懸架アーム・アセンブリ１５０が半径方向に間をおいたいくつかのトラック（図示してない）の１つの上で読取り／書込みヘッド１４５を移動させて適切な場所に置いている間、スピンドル・モータによって、ディスク１３５が読取り／書込みヘッド１４５を通って高速で回転している。これによって読取り／書込みヘッド１４５が、選択された場所で磁気的に符号化された情報を読み取り、ディスク１３５の表面１４０上の磁気媒体に書き込むことが可能になる。
【００２４】
図２は、軸（図示してない）のまわりで回転させるように二重円錐型のジャーナル軸受２００によって支持されたハブの垂直断面図である。ハブ２０１は一般に、本明細書で示されるようにスリーブと一体化され、そのスリーブの内面が、回転可能にハブを支える動圧軸受を形成する溝を画定している。この技術においてよく知られているように、軸（図示してない）はスリーブ内に挿入され、軸受領域の上端及び下端においてスリーブ内の円錐領域２１０、２１２に面した二重の雄の円錐面を有している。軸はさらに、溝領域２１４、２１６によって画定された、ジャーナル軸と協働する滑らかな中央部を含むであろう。流体軸受のこの分野でよく知られているように、流体が静止軸とスリーブ内側の溝を加工した面との間のギャップを満たすことになる。ハブの基部から支えられている巻線と協働するハブの内面上に取り付けられた各磁石の間の相互作用による推進力の下でスリーブが回転するにつれて、溝加工領域のそれぞれにおいて圧力が蓄積する。このようにして、一定の高速回転をさせるように軸がハブを容易に支持する。
【００２５】
スリーブの内面上の圧力発生溝は図２で容易に見ることができる。実施例では、それらは、上部円錐部について２組の溝２３０、２３２を、下部円錐部についてはこれに対応する組の２３４、２３６を含んでいる。この特定の設計では、軸をさらに安定させるために２つのジャーナル軸受２４０、２４２も用いている。特に、本発明は、溝自体の設計ではなくこれらの溝を作る方法と装置に関していて、この特定な組み合わせの溝加工したデザインを作ることに限定されないことは明らかである。たとえば、説明した装置と方法は、単一型円錐部又は単一ジャーナル軸受と協働する単一型円錐部又は１つ又は複数のジャーナル軸受と協働する二重型円錐部の各内側の溝を作るのに使用することができるだろう。また、おのおのの円錐軸受は１組又は複数組の溝を有することができるだろう。本発明の原理は、任意設計の、スリーブ内の円錐軸受又はその設計の軸受座部分を形成する際に特に適用できるものである。円錐部品に伴う生産性の問題のために円錐部の直径を管理することが難しくなることがよくあるため、本発明が提供する解決策は円錐軸受を形成する際に重要である。
【００２６】
これを考えると、電極ギャップに対して一貫した加工物を保証する、固定電極を備えた器具を製造することは極めて難しい。上記したように、このギャップ間隔は溝深さの正確さにとって最も重要である。流体軸受について考えると、溝の正確さが重要であるのは、流体軸受が一般に、近接して並置された各表面を有する相対的に回転する２つの部材を含み、この並置表面の間に、耐摩耗媒体のダイナミック・クッションを形成するために１つの層ないし膜または流体が保持されるためである。ダイナミック・クッションを形成するために、この場合はハブ及びスリーブの内面である各並置表面の少なくとも一方に、界面領域に流体の流れを誘引して局部的な高い動圧領域を生成する溝が設けられる。各溝は高くしたランド部又はリブ部によって分離され、一般に深さが約０．００９ｍｍから０．０１５ｍｍである。表面上に比較的びっしりと詰まったこれらの細かい寸法を有する溝を形成することが極度に難しい可能性があることは容易に分かる。この目的のために、この場合は図２のハブである加工物は図３に示された溝加工装置内に置かれる。ＥＣＭを用いる溝形成装置が図３に特に示されている。
【００２７】
図４に示す装置は、図２の加工物を形成する正確で再現性のある方法を提供する。加工物は、電解質入口４０１及び支持プレナム４０３を含む基部４０４に置かれる。加工物がこのプレナム４０３に載っているので、電解質は流れないすなわち漏れ出ない。電解質は以下に説明する理由から一定圧力で供給される。スライド電極アセンブリ４１０を使用してＥＣＭ加工を実施することができる。本実施例のスライド電極アセンブリは静止部分４１２及び動的部品４１４を備えており、動的部品は表面４１８に、加工物４００、４０２の表面上に形成される予定のパターンを有する導電性の電極４１６を備えている。動的部品は、質量又は力４２８によってギャップ４２０及び加工物の表面４２８に向けて偏らされている。
【００２８】
機械加工ギャップ４２０に向かって又た機械加工ギャップから遠ざかるようにｚ軸４４０に沿って移動可能な動的部品は、ほとんど摩擦なしに移動するために気体静力学型スライドの静的部品によって支えられている。最初、電極は加工物４００の加工面４２８とは逆に又は加工面の非常に近くに配置される。加工物表面と動的部品４１４の導電性表面４１８の間に導電性ギャップを生みだし、設定し、維持するために使用される電解質は、既知のやり方でギャップ４２０内に注入される。この注入は一定の既知の圧力で電解質を供給する。電極及びスライド・アセンブリ４１４、４１６は、加工面４２８から遠ざかるようにｚ軸４４０に沿って上方に移動することによって圧力に反応し、所定のギャップ４２０を設定する。電極スライド・アセンブリ４１４の最上部に作用する質量４３２は、一定の電極４３１注入圧力を基準に機械加工ギャップを設定する制御因子となる事前に較正された力を有している。ばねの力は変位の関数として変化するので、この装置ではばねの代わりに質量を用いることが好ましいことに注目することは重要なことである。スライド４１６アセンブリに作用する一定質量に取って代わる代案は、当業者に明白であろうし、本発明の範囲内にある。
【００２９】
スライド・アセンブリ４１６の位置が流れ断面積に関して平衡に達した場合、したがって機械加工ギャップを制御する。前に記載したように、スライド・アセンブリ４１６はＺ軸方向でほとんど摩擦がないように意図されているので、ギャップの寸法４２０は、電解質の注入圧力対ギャップの画定された空間の関係、及びギャップに向けてスライド・アセンブリを偏向する質量又は力４３２によって設定されることが好ましい。
【００３０】
図３の動作図解について説明すると、この図は、本明細書における動作概念を図式化した形で示している。特に、図３は、軸用の開口部及び軸受アセンブリの完成のために後で挿入される軸受円錐部を有する加工物３００を示している。形成される表面３１４からギャップ３１２を横切った位置に、動的部品３１０も示されている。気体静力学型スライドの静的部品４１２は、動的部品のｘ軸及びｙ軸において力対変位の大きな比率を与えるように境界を定められ、その結果、スライドの加工面４１８が溝加工される面４２８、４３０に対して正確に位置を揃えた状態を維持する。このスライド・アセンブリは、可動部品４１６と静的部品４１２間の半径方向の隙間が非常に狭い（０．００２から０．００３ｍｍ）状態で高い圧力（約７．０３ｋｇ／ｃｍ２（１００ｐｓｉ））で動作する気体静力学型軸受であることが好ましい。気体静力学型スライド機構４１０を使用する別の利益は、それが自己密封式になり、ＥＣＭ電解質を静電型スライドの重要部分の外に遠ざけることにある。
【００３１】
この動作概念は、電解質が加工物の底部を通して供給されることである。この電解質の力が電極を上方に、平衡に達するまでずらす。その後機械加工ギャップが臨界オリフィスになる。Ｐ、Ｑ及びＦが正確に制御される場合は、流れ断面積は常に同一になり、それ故に機械加工ギャップは自動的に設定され調節する必要性がない。
【００３２】
力Ｆは、動的部品３１０の末端に対する空気供給源３５０からの空気圧力で設定されることが好ましい。この動的部品と静的部品の間のギャップ３６０（図４参照）における空気圧力が同一であることによって、少なくとも部分的に自己密封効果を確立し、電解質がギャップに入るのを防いでいる。
【００３３】
図５は、ある動作条件下でギャップを計算するのに使用される回帰式の計算結果を図示するために用いられている。回帰式は以下の通りである。
【００３４】
機械加工ギャップ予測の回帰式：
Ｇ＝１９．１８１７５−０．５０５（Ｐ）＋０．３２２＋０．００４９（Ｐ２）−０．０００９（Ｑ２）−０．００１３（Ｐ）（Ｑ）σ＝１．１５μＭＲ２＝９７％
【００３５】
上式において、ギャップ（Ｇ）の単位はミクロン、圧力（Ｐ）はポンド／平方インチ（ＰＳＩ）、流れ（Ｑ）は単位のない目盛りの読みであり、流れ（Ｑ）は次の式で実流量に変換することができる。
流量（ｍｌ／分）＝３．８４（Ｑ）−３１．９
【００３６】
試験の結果、この式のギャップ、したがって溝精度の予測正確度は約９７％であることが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明によって機械加工された円錐流体軸受が特に有用なディスク・ドライブの分解図である。
【図２】本発明によって有用なものに形成できるタイプの二重型円錐軸受を示す、図１のディスク・ドライブのスピンドル・モータで用いられるハブの垂直断面図である。
【図３】本発明のプロセスを説明するのに役立つ垂直断面概略図である。
【図４】本発明の方法を実施するのに使用することができる発明装置の垂直断面図である。
【図５】本発明の実行に使用するギャップの計算方法を説明する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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