(57)【要約】【課題】動圧発生溝を簡単な構成で且つ高精度に形成できるようにした動圧軸受の製造方法およびその製造装置を提供する。【解決手段】内金型１０を外金型２０の中央に装填した状態で、隙間ΔＷの間に溶融状態の樹脂Ｒを注入する。樹脂が硬化する間に、スイッチ３１を閉じて圧電素子１３に所定の電圧を印加すると、前記圧電素子１３が突出するため、樹脂Ｒに動圧発生溝を転造することができる。樹脂硬化後にスイッチ３１を閉じると圧電素子１３が内金型１０の外周面１１と一致する元の状態に戻される。この状態で樹脂Ｒを前記内金型１０と外金型２０の間から取り出すことにより、内周面に動圧発生溝が高精度に形成された軸受スリーブを得ることができる。【選択図】　　図３
2004052951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に圧電素子が設けられた内金型を外金型の内部に装填し、前記内金型と外金型との隙間に溶融状態の樹脂を注入する工程と、前記樹脂が硬化する前に前記圧電素子に所定の電圧を印加することにより、前記圧電素子を前記内金型の外周面から突出させる工程と、前記樹脂が硬化した後に前記電圧の印加を停止させることにより、前記圧電素子の突出を戻して前記内金型の外周面に一致させる工程と、から形成されることを特徴とする動圧軸受の製造方法。
【請求項２】
外金型と、前記外金型の中央に装填される内金型とからなる動圧軸受の製造装置であって、
前記内金型の外周面に、所定の電圧を印加することにより前記外周面から突出する圧電素子が埋設されていることを特徴とする動圧軸受の製造装置。
【請求項３】
前記内金型の外周面には溝が形成され、この溝の内部に前記圧電素子が固定されており、電圧が印加されていない状態では、前記圧電素子が前記内金型の外周面に一致している請求項２記載の製造装置。
【請求項４】
前記圧電素子がへリングボーン状に形成されている請求項２または３記載の動圧軸受の製造装置。
【請求項５】
前記圧電素子が、周方向に一定の間隔を空けて周設されている請求項２ないし４のいずれかに記載の動圧軸受の製造装置。
【請求項６】
前記圧電素子が軸方向に一定の間隔を空けて複数列設けられている請求項２ないし５のいずれかに記載の動圧軸受の製造装置。
【請求項７】
前記内金型は円筒形状をしており、円筒の内部を通じて前記圧電素子が電気的に接続されている請求項２ないし６のいずれかに記載の動圧軸受の製造装置。
【請求項８】
前記内金型は円柱形状の導電部と導電部との間に円柱形状の絶縁部を積み重ねることにより一体に形成されており、前記圧電素子は絶縁部に埋設されているとともに前記導電部を介して電気的に接続されている請求項２ないし６のいずれかに記載の動圧軸受の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータなどに採用される動圧軸受の製造方法およびその製造装置に係わり、特に軸受スリーブの内周面に動圧発生溝を高精度で形成できるようにした動圧軸受の製造方法およびその製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータなどに採用されている動圧軸受は、軸受シャフトと軸受スリーブの軸受間隙の流体（または空気などの気体）に発生する動圧によって回転中の前記軸受シャフトの軸ずれを防止するものであり、互に回転自在に嵌合する前記軸受シャフトと軸受スリーブのうちの少なくとも一方にヘリングボーン柄などの所定のパターン形状の動圧発生溝が形成されている。
【０００３】
前記動圧発生溝を形成する方法としては、従来よりエッチングによる加工方法やボールを転造する塑性加工による方法などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記エッチングによる加工方法では、エッチング液の濃度や性能劣化等によって加工精度が大きく左右される。また動圧発生用溝をエッチング加工するためには、少なくとも溝加工工程でマスキング工程とエッチング工程と中和工程とが必要であり、全体的な工程数が多くなって生産性が劣るという問題がある。
【０００５】
一方、ボール転造による塑性加工は、軸受スリーブの内周面よりも僅かに突出可能な複数個の硬質ボールを軸の先端に放射状に配置した治具を、前記硬質ボールの突出量を調整しつつ軸受スリーブ内部に相対的な回転および送りを与えながら軸方向に押し込むことにより、前記軸受スリーブの内周面に動圧発生用溝を転造するものであるが、このような治具を用いた方法ではボールの突出量、冶具の軸方向の移動量および周方向への回転量などの微妙な調整が必要であるため、動圧発生用溝を高精度に形成することが難しい。しかも、加工面に局部的なバリが発生しやすく、これを除去するための２次加工が必要とされている。
【０００６】
本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、簡単な構成で動圧軸受に対して動圧発生溝を高精度に形成できるようにした動圧軸受の製造方法およびその製造装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の動圧軸受の製造方法は、外周面に圧電素子が設けられた内金型を外金型の内部に装填し、前記内金型と外金型との隙間に溶融状態の樹脂を注入する工程と、前記樹脂が硬化する前に前記圧電素子に所定の電圧を印加することにより、前記圧電素子を前記内金型の外周面から突出させる工程と、前記樹脂が硬化した後に前記電圧の印加を停止させることにより、前記圧電素子の突出を戻して前記内金型の外周面に一致させる工程と、から形成されることを特徴とするものである。
【０００８】
また本発明は、外金型と、前記外金型の中央に装填される内金型とからなる動圧軸受の製造装置であって、
前記内金型の外周面に、所定の電圧を印加することにより前記外周面から突出する圧電素子が埋設されていることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明では、電圧を印加すると突出し、電圧の印加を停止すると突出前の状態に戻るという圧電素子の特性を利用して樹脂に動圧発生溝を形成するものであり、前記圧電素子の突出量を管理することにより、樹脂硬化後の軸受スリーブに前記動圧発生溝を高精度に形成することができる。
【００１０】
上記において、前記内金型の外周面には溝が形成され、この溝の内部に前記圧電素子が固定されており、電圧が印加されていない状態では、前記圧電素子が前記内金型の外周面に一致しているものが好ましい。
【００１１】
上記構成では、硬化後の樹脂である軸受スリーブから内金型を取り外すときに、軸受スリーブの表面にバリを生じさせるおそれがない。よって、バリを除去するための２次加工を不要にできる。
【００１２】
また前記圧電素子がへリングボーン状に形成されており、前記圧電素子が、周方向に一定の間隔を空けて周設され、さらには前記圧電素子が軸方向に一定の間隔を空けて複数列設けられているものである。
【００１３】
上記構成では、へリングボーン状の動圧発生溝を周方向に並べて形成することができ、また軸方向に列状に形成することが可能となるため、径寸法や軸方向の長さ寸法が大きな動圧軸受にも対応可能である。
【００１４】
前記内金型は円筒形状をしており、円筒の内部を通じて前記圧電素子が電気的に接続されているもの、あるいは前記内金型は円柱形状の導電部と導電部との間に円柱形状の絶縁部を積み重ねることにより一体に形成されており、前記圧電素子は絶縁部に埋設されているとともに前記導電部を介して電気的に接続されているものが使用可能である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は動圧軸受を採用したモータ装置の断面図である。
【００１６】
図１に示すモータ装置１では、ステーター側である基板２の中心に支持部材３が固定されており、この支持部材３の内部に円筒形状の軸受スリーブ４が固定されている。前記軸受スリーブ４の内面には、周方向に凸をなすヘリングボーン柄の動圧発生溝４ａが周設されている。また前記支持部材３の外周には磁界発生部を形成する複数のｕ、ｖ、ｗからなる三相コイル５が設けられている。
【００１７】
ローター側は断面凹形状の回転部材６が設けられており、その中心には軸受シャフト７が固定されている。前記回転部材６の内面には複数の永久磁石８が固着されており、各永久磁石８は前記各三相コイル４と対向している。
【００１８】
前記軸受シャフト７は、前記軸受スリーブ４の内部に回転自在に挿入されており、前記軸受スリーブ４と軸受シャフト７が動圧軸受を構成している。前記軸受シャフト７の外周面と軸受スリーブ４の軸受間隙９には、粘性の低い流体または空気などが封止されている。
【００１９】
上記モータ装置では、ｕ、ｖ、ｗからなる三相コイル５に所定のタイミングで生成された駆動信号がそれぞれ与えられると、ローター側の回転部材６が前記軸受シャフト７を中心に回転させられる。このとき、軸受シャフト７の回転速度と流体との間に発生する動圧が、前記動圧発生溝４ａによって前記軸受シャフト７の側面に均一に作用するため、軸受シャフト７が軸受スリーブ４の中心（回転の中心）に位置決めされた状態で回転させられる。
【００２０】
上記動圧軸受を製造する装置について説明する。
図２は本発明の実施の形態として動圧軸受の製造装置を示す斜視図である。ただし、図２は圧電素子が内金型の表面（外周面）から突出した状態を示している。また図３は外金型内に内金型が装填された状態を示す製造装置の部分断面図、図４は図２のＩＶ−ＩＶ線断面を示し、Ａは圧電素子が突出していない状態、Ｂは圧電素子が突出した状態を示している。
【００２１】
図２に示すように、この製造装置は主として内金型１０と外金型２０で構成されている。前記内金型１０は円筒形状の絶縁体で形成されており、内金型１０の外周面１１にはヘリングボーン状で且つ前記外周面１１に沿って湾曲に形成された複数の圧電素子１３が設けられている。
【００２２】
すなわち、内金型１０の外周面１１には、軸方向に一定の幅を持つ固定領域１１Ａが一定の間隔を空けて複数列（図２では２列）設けられており、前記固定領域１１Ａには複数のへリングボ−ン状の溝１１ａ（図４Ａ参照）が周方向に一定の間隔で並ぶように形成されている。
【００２３】
そして、図４Ａに示すように、個々の溝１１ａの内部には前記圧電素子１３が埋設された状態で固定されている。前記圧電素子１３に対し電圧が与えられていない状態では、前記圧電素子１３の表面は前記内金型１０の外周面１１と同一面である。
【００２４】
図３に示すように、前記外金型２０は円筒部２１と底部２２を有しており、前記底部２２には位置決め用の凹部２３が形成されている。前記凹部２３の内径寸法は前記内金型１０の外形寸法よりも僅かに大きく形成されており、前記内金型１０を外金型２０の内部に挿入し、前記内金型１０の底部を前記凹部２３に嵌合させることにより、内金型１０を外金型２０の中央に位置決めができるようになっている。このとき、前記外金型２０の円筒部２１の内面と内金型１０の外周面１１との間に符号ΔＷで示す隙間が形成される。
【００２５】
前記圧電素子１３は、例えば圧電セラミックなどの圧電材料で形成されており、全ての圧電素子１３は内金型１０の外周面１１から外周方向に突出することができるように個々の圧電素子１３の誘電分極方向は全て同じ方向で形成されている。
【００２６】
図４Ａに示すように、へリングボーン状の溝１１ａの両端部（内金型１０の軸方向の両端部）には前記溝１１ａの底部と内金型１０の内周面とを結ぶ貫通孔１１ｂがそれぞれ形成されており、前記貫通孔１１ｂと内金型１０の内周面を通じて前記圧電素子１３への配線３３が施されている。そして、図３に示すように、前記圧電素子１３は軸方向の両端の端部が電源３０の＋極に接続され、中央の端部が−極に接続されている。すなわち、図３に示す実施の形態では、上層側の圧電素子１３と下層側の圧電素子１３は電源３０に対し並列に接続されている。
【００２７】
前記電源３０のスイッチ３１を閉じて所定の電圧を個々の圧電素子１３に印加すると、図４Ｂに示すように各圧電素子１３に歪みが生じて体積が変化し、その表面が内金型１０の外周面１１から外周方向に所定の突出量δだけ突出する。またスイッチ３１を開くと印加される電圧が０となるため、図４Ａに示すように圧電素子１３の表面が内金型１０の外周面１１に一致する元の状態に戻される。
【００２８】
上記製造装置を用いた動圧軸受の製造方法について説明する。
図３に示すように、外金型２０の内部に内金型１０を装填した状態において、前記外金型２０の円筒部２１の内面と内金型１０の外周面との間の隙間ΔＷに溶融状態の樹脂Ｒを注入する。次に、前記樹脂Ｒが硬化する前に前記スイッチ３１を閉じることにより、圧電素子１３を外周方向に突出させる。このとき、樹脂Ｒには前記圧電素子１３の突出量δに応じたへリングボーン状の動圧発生溝が転造される。そして、樹脂Ｒが硬化した後に、前記スイッチ３１を開いて突出状態にある圧電素子１３を元の状態に戻すことにより、樹脂Ｒの内面にへリングボーン状の動圧発生溝が高精度に形成される。
【００２９】
最後に、外金型２０から内金型１０と樹脂硬化後の軸受スリーブ４を取り出し、さらに軸受スリーブ４の内部から内金型１０を取り外すことにより、内周面に動圧発生溝が形成された軸受スリーブ４が得られる。ここでは、圧電素子１３の表面が外周面１１に一致した状態にあるため、前記軸受スリーブ４から内金型１０を容易に取り外すことができる。しかも、軸受スリーブ４の内周面にバリが形成されるおそれがないため、バリを除去するための２次加工を不要にできる。
【００３０】
図５は内金型の他の実施の形態を示す斜視図、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面を示し、Ａは圧電素子が突出していない状態、Ｂは圧電素子が突出した状態である。
【００３１】
図５に示す内金型４０は、円柱形状の導電部４１と導電部４１の間に円柱形状の絶縁部４２を設けた状態で一体に形成されおり、図６に示すように導電部４１と絶縁部４２の外周面は同一面である。また圧電素子４３は前記絶縁部４２に設けられている。すなわち、図６に示すように、前記絶縁部４２にはへリングボーン状の溝４２ａが形成されており、この溝４２ａに同じくへリングボーン状の圧電素子４３が埋設された状態で固定されている。そして、圧電素子４３の上端部４３ａはその上方に位置する導電部４１に接合されており、圧電素子４３の下端部４３ｂはその下方に位置する導電部４１に接合されている。したがって、図５に示すように上層側に位置する圧電素子４３と下層側に位置する圧電素子４３とは、それらの中間に位置する導電部４１を介して直列に接続されている。よって、最上部の導電部４１と最下部の導電部４１との間に所定の電圧を印加することにより、図６Ｂに示すように圧電素子４３を内金型４０の外周面から外側方向に突出させることが可能である。
【００３２】
よって、前記内金型４０を図２に示す外金型１０の内部に装填し、溶融状態の樹脂Ｒを注入することにより、上記同様の軸受スリーブ４を形成することができる。
【００３３】
なお、上記実施の形態では、動圧発生溝が軸方向に２列有するのもので説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、動圧軸受の軸方向の長さに応じて１列のものでも３列以上のものでも対応可能である。
【００３４】
また圧電素子の形状として動圧発生溝の一般的な形状であるへリングボーン状を示したが、圧電素子の形状は様々な形状に形成することが可能であり、それに応じて種々の動圧発生溝を形成することができる。
【００３５】
さらに、上記実施の形態では軸受スリーブの内周面に動圧発生溝を形成する場合について説明したが、軸受シャフトの表面に動圧発生溝を高精度に形成する場合にも適用可能である。この場合には円筒形状の金型の内周面に圧電素子を設ければよい。またこの場合において、軸受シャフトの径寸法が短く、そのままでは金型内部に圧電素子を配置することが困難なときには、金型を軸方向に沿って２つに分割し、その内側に圧電素子を設け、モールド成形時に一体化して使用すればよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明では、動圧軸受に対し動圧発生溝を容易に且つ高精度に形成することができる。
【００３７】
さらにバリの発生を防止できるため、バリを除去するための２次加工を不要にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動圧軸受を採用したモータ装置の断面図、
【図２】本発明の実施の形態として動圧軸受の製造装置を示す斜視図、
【図３】外金型内に内金型が装填された状態を示す製造装置の部分断面図、
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線断面を示し、Ａは圧電素子が突出していない状態、Ｂは圧電素子が突出した状態、
【図５】内金型の他の実施の形態を示す斜視図、
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面を示し、Ａは圧電素子が突出していない状態、Ｂは圧電素子が突出した状態、
【符号の説明】
４　軸受スリーブ（動圧軸受）
４ａ　動圧発生溝
７　軸受シャフト７（動圧軸受）
１０　内金型
１３，４３　圧電素子
２０　外金型
４１　導電部
４２　絶縁部
Ｒ　樹脂
【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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【図６】
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