(57)【要約】【課題】高強度かつ延性の低い材料からなる被加工物に動圧発生溝を形成する場合でも、トラブルの原因となる被加工物表面の亀裂等を発生せず、高精度な転造加工を維持することのできる加工方法を提供する。【解決手段】多孔質に焼結された超硬合金の表面を研磨して表面が梨子地状に形成されたボール１０が、嵌め入れられた加工用治具１を用いて、動圧発生溝の転造加工を行なう。この表面梨子地状の超硬ボール１０の表面には、動圧発生溝の精度に影響を与えない程度の微細な気孔・ひび割れ等がランダムに形成されており、表面の微小な凹部に多くの潤滑剤を取り込みかつ保持できるように設定されている。従って、本発明の加工方法は、このボール１０の表面に保持された潤滑剤によって、転造加工中のボール１０表面と被加工物表面との間の摩擦が低減され、高精度な動圧発生溝を長期に渡り安定して加工することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の被加工物の内径より小さな外径を有する円柱部材に、複数のボールが突出するよう固着されてなる治具を、前記被加工物の内周に相対回転を与えつつ挿入することにより、この被加工物の内周面に、前記各ボールの軌跡に相当するパターンの微細な溝を形成する動圧発生溝の加工方法において、
前記各ボールとして、多孔質に焼結された超硬合金の表面を研磨して、表面が梨子地状に形成されたボールを用いることを特徴とする動圧発生溝の加工方法。
【請求項２】
円柱状の被加工物の外径より大きな内径を有する円筒部材に、複数のボールが突出するよう固着されてなる治具を、前記被加工物の外周に相対回転を与えつつ挿入することにより、この被加工物の外周面に、前記各ボールの軌跡に相当するパターンの微細な溝を形成する動圧発生溝の加工方法において、
前記各ボールとして、多孔質に焼結された超硬合金の表面を研磨して、表面が梨子地状に形成されたボールを用いることを特徴とする動圧発生溝の加工方法。
【請求項３】
前記各ボールの表面には、ダイヤモンドライクカーボン被膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の動圧発生溝の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動圧軸受の部材に動圧発生溝を形成する加工方法に関し、更に詳しくは、加工用治具から突出する表面梨子地状ボールによる塑性変形を利用して、被加工物表面に動圧発生溝を形成する加工方法に関する。なお、本発明における「梨子地状」とは、表面がほぼ平滑で光沢にむらのない「鏡面」に対し、表面の微小な凹凸による部分的な乱反射により、光沢がまだらに見える表面状態のことを言う。
【０００２】
【従来の技術】
動圧軸受装置は、僅かのすき間を挟んで対向配置した２つの部材の間に、作動流体を注入するとともに、これら２つの部材の対向面のいずれか一方に動圧発生溝を形成し、これらの相対回転により生じる動圧力によって、これらの部材を非接触に支持する構造をとる。
【０００３】
動圧軸受の中でも、軸周りの回転を支持するラジアル動圧軸受の動圧発生溝は、周方向にＶパターンまたはヘリングボーンパターン等が採用されており、僅かなすき間を挟んで対向配置された回転軸（シャフト）の外周面、あるいは筒状体（スリーブ）の内周面のどちらか一方に、塑性加工によって形成されている。このような形状のラジアル動圧発生溝を高精度に加工する方法として、硬質なボールを用いて塑性加工を行なうボール転造が好適に用いられている（例えば、特許文献１等を参照。）。
【０００４】
図５は、ボール転造加工によるラジアル動圧発生溝の形成方法の概略を示す説明図である。この図は、円筒状の被加工物（スリーブ２）の内周面２ｘに、軸方向に距離を隔てた２ヶ所のラジアル動圧発生溝２ｖ，２ｖを形成する事例を示している。図中の符号、１は加工用治具を、２は動圧発生溝を形成すべきスリーブを、３は旋盤等（図示省略）のチャックを示している。
【０００５】
図６は、この動圧発生溝のボール転造に用いられる加工用治具１の構造を示す一部断面図であり、図７は、図６のＢ−Ｂ線矢視断面図である。この加工用治具１は、旋盤等（図示省略）に固定するための支持部１ａと、この支持部１ａと一体に形成された小径の加工部１ｂと、この加工部１ｂの内周に嵌め入れられた支持ピン１ｃと、硬質な材料から形成された複数のボール２０とからなる。この加工部１ｂの先端近傍は、支持部１ａと同心の中空円筒状に形成されているとともに、この中空部位には、開口径が前記ボール２０の直径とほぼ同径に設定されたガイド穴１ｈが、周方向に等間隔で複数（この例においては６個）設けられている。また、これらのガイド穴１ｈには、加工部１ｂ内周側から、それぞれボール２０が嵌め入れられ、加工部１ｂの内周に嵌合された支持ピン１ｃによって支持されている。なお、図７に示すように、加工部１ｂから突出するこれらボール２０の径方向外端を結んだ外接円の直径Ｄは、加工対象であるスリーブ２の内径より、数μｍ〜十数μｍ程度大きくなるように設定されている。
【０００６】
このボール２０を構成する材料としては、超硬合金が好適に使用される。図８は、動圧発生溝の加工用治具に用いられる従来の超硬ボールの表面を拡大した電子顕微鏡写真の模写図である。このボール２０の表面は、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）法等によって緻密に焼結された超硬合金製ボールの表面に、研磨加工を施すことにより、図に示すような、所々に気孔（ポア）Ｐ等の存在する鏡面に仕上げられている。
【０００７】
図９は、転造加工による動圧発生溝２ｖの形成手順を説明する模式的断面図である。動圧発生溝の転造加工は、まず加工用治具１を一方向（正方向）に回転させながら、この加工用治具１の加工部１ｂを軸方向に相対移動させて、被加工物（スリーブ２）の内周に押し込む。この加工部１ｂに配設されているボール２０が、動圧発生溝を形成させるべき区間の軸方向中間点Ｍまで達した後は、加工用治具１を逆方向に回転させながら加工部１ｂを更に進行させ、半数の動圧発生溝２ｖを形成する。その後、加工用治具１を逆方向に引き抜きながら、同様の操作を行なうことによって、残り半数の動圧発生溝２ｖが形成される。この方法によって、加工用治具１の一度の往復により、加工部１ｂに配設されたボール数の２倍の本数の動圧発生溝が形成されることとなる。なお、この加工用治具１には、転造加工開始前に、あらかじめ潤滑剤が塗布されており、加工中におけるボール２０とスリーブ２との摩擦抵抗を抑える処置が施されている。
【０００８】
また、このボール転造による動圧発生溝加工は、動圧軸受のシャフト外周面に同様な動圧発生溝を形成する場合にも利用される。この場合は、前述の従来例とは逆に、内周面に超硬材料からなる複数のボールを配置したパイプ状加工部を有する加工用治具が用いられる（特許文献２等を参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−６４２６号公報
【特許文献２】特開昭６１−１１１７１４号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような動圧発生溝の加工方法においては、高強度かつ延性の低い材料からなる被加工物（ワーク）に動圧発生溝を形成しようとする場合、互いに接触するボール表面と被加工物の加工面との間で潤滑剤が不足し、動圧発生溝部の表面にうろこ状の亀裂が発生してしまうという問題があった。このうろこ状の亀裂は、組立後の動圧軸受装置において、動圧の発生を阻害するばかりでなく、最悪の場合、動圧軸受の作動時に、この亀裂部位から遊離した切紛によって、軸受部材に傷が発生する等のトラブルを引き起こしてしまう恐れもある。
【００１１】
また、このようなトラブルを未然に防ぐため、従来の動圧軸受部材には、被加工物表面にめっき等の表面処理を施すか、あるいはこの亀裂発生箇所のバリ取りをする必要があり、コストアップの要因ともなっていた。
【００１２】
本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、高強度かつ延性の低い材料からなる被加工物に動圧発生溝を形成する場合でも、トラブルの原因となる被加工物表面の亀裂等を発生せず、高精度な転造加工を維持することのできる加工方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、円筒状の被加工物の内径より小さな外径を有する円柱部材に、複数のボールが突出するよう固着されてなる治具を、前記被加工物の内周に相対回転を与えつつ挿入することにより、この被加工物の内周面に、前記各ボールの軌跡に相当するパターンの微細な溝を形成する動圧発生溝の加工方法において、前記各ボールとして、多孔質に焼結された超硬合金の表面を研磨して、表面が梨子地状に形成されたボールを用いることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に記載の発明は、円柱状の被加工物の外径より大きな内径を有する円筒部材に、複数のボールが突出するよう固着されてなる治具を、前記被加工物の外周に相対回転を与えつつ挿入することにより、この被加工物の外周面に、前記各ボールの軌跡に相当するパターンの微細な溝を形成する動圧発生溝の加工方法において、前記各ボールとして、多孔質に焼結された超硬合金の表面を研磨して、表面が梨子地状に形成されたボールを用いることを特徴とする。
【００１５】
ここで、上記各ボールとして、表面にダイヤモンドライクカーボン（以下、ＤＬＣ）被膜を形成した超硬ボールを使用しても良い。（請求項３）
【００１６】
本発明は、動圧発生溝の転造加工方法において、表面にμｍオーダー以下の微細な凹凸が形成された梨子地状超硬ボールを利用して、所期の目的を達成しようとするものである。この梨子地状超硬ボールは、通常９８ＭＰａ（１０００ｋｇｆ／ｃｍ２）以上の高い等方圧力と１０００℃以上の温度により緻密に焼結された従来の超硬ボールに対し、通常の８０％程度以下の比較的低い等方圧力下で多孔質に焼結された超硬ボールに、研磨加工を施して製作されている。従って、この梨子地状超硬ボールの表面には、被加工物表面に形成される動圧発生溝の精度に影響を与えない程度の微細な気孔・ひび割れ等がランダムに形成されており、従来の鏡面状超硬ボールに比べ、表面の微小な凹部に多くの潤滑剤を取り込みかつ保持できるように設定されている。
【００１７】
すなわち、この梨子地状表面を有する超硬ボールが周方向に等間隔で突出するように固着されてなる治具を用いて、動圧発生溝の転造加工を行なうことにより、このボールの表面に保持された潤滑剤が、転造加工中のボール表面と被加工物の加工面との間の摩擦を低減する。また、この構成によって、転造によって形成された動圧発生溝に、うろこ状の亀裂が発生するのを未然に防ぐことができる。従って、本発明の動圧発生溝の加工方法によれば、高強度かつ延性の低い材料からなる被加工物を対象とした加工の場合でも、高精度な動圧発生溝を長期に渡り安定して加工することが可能となる。
【００１８】
なお、本発明は、内周面に複数のボールを配置したパイプ状加工部により動圧軸受のシャフト外周面に動圧発生溝を形成する加工用治具等、超硬ボールを配設した加工用治具による動圧発生溝の転造加工全般を包含する。
【００１９】
また、アルミニウムおよびアルミニウム合金のような延性に富んだ金属材料からなる被加工物に転造加工を行なう場合は、表面にＤＬＣ被膜を形成した梨子地状超硬ボールを用いて加工を行なうことが好ましい。このＤＬＣ被膜は、非常に薄く硬い膜に形成することが可能で、梨子地状超硬ボールの表面に形成された微細な気孔・ひび割れ等を埋め込んでしまうことなく、このボール表面の摩擦を低減することができる。すなわち、このＤＬＣ被膜が形成された梨子地状超硬ボールは、梨子地状表面の潤滑剤保持効果を維持しつつ、延性の高い金属材料のボールへの凝着を防止することができる。従って、このＤＬＣ被膜を有する梨子地状超硬ボールを用いた動圧発生溝の加工は、延性の高い金属材料からなる被加工物に対しても、連続して行なうことが可能である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつこの発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態における動圧発生溝の加工に用いられる治具の外観を示す側面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。また、図３はこの第１の形態における加工用治具に用いられている梨子地状超硬ボール１０の表面を拡大した電子顕微鏡写真の模写図である。なお、従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ符号を付記する。また、この実施の形態における事例も、円筒状の被加工物（スリーブ２）の内周面２ｘに、軸方向に距離を隔てた２ヶ所のラジアル動圧発生溝２ｖ，２ｖを形成するものとする（図５参照）。
【００２１】
この実施の形態における加工用治具１も、基本的な構造は、図６に示す場合と同様であり、支持部１ａと、この支持部１ａと一体に形成された小径の加工部１ｂと、この加工部１ｂの内周に嵌め入れられた支持ピン１ｃと、複数のボール１０とからなる。この加工部１ｂの先端近傍には、前記ボール１０の直径より若干小径に形成されたガイド穴１ｈが、周方向に等間隔で複数（この例においては６個）設けられており、これらのガイド穴１ｈには、加工部１ｂ内周側から、それぞれボール１０が嵌め入れられ、加工部１ｂの内周に嵌合された支持ピン１ｃによって支持されている。
【００２２】
なお、この加工用治具１を用いた動圧発生溝の転造加工も、図５および図９で説明した例と同様の方法で行なわれ、加工部１ｂの外周面に複数のボール１０を保持する加工用治具１を正逆（左右）回転させながら、被加工物（スリーブ２）に対して軸方向に相対移動させることにより、周方向にＶパターンまたはヘリングボーンパターンの動圧発生溝２ｖ，２ｖが形成されることとなる。
【００２３】
本実施の形態における動圧発生溝の加工方法の特徴は、加工部１ｂの各ガイド穴１ｈに、多孔質に焼結された超硬合金の表面を研磨することにより表面が梨子地状に形成された超硬ボール１０を配置した加工用治具１を用いて、転造加工を行なっている点である。この梨子地状超硬ボール１０は、焼結時の圧力を通常より低めに設定することによって、多孔質に形成されている。
【００２４】
図３の電子顕微鏡写真の模写図に示すように、この表面梨子地状超硬ボール１０の表面には、スリーブ２の被加工面に形成される動圧発生溝２ｖの精度に影響を与えない程度の微細な気孔・ひび割れ等が、ランダムに多数形成されており、従来の鏡面状超硬ボールに比べ、その表面に存在する微小な凹部に多くの潤滑剤を取り込みかつ保持できるように設定されている。
【００２５】
この加工用治具１を使用することにより、本実施の形態における動圧発生溝の加工方法は、このボール１０の表面に保持された潤滑剤によって、転造加工中のボール１０表面とスリーブ２の被加工面との間の摩擦が低減される。従って、この加工方法によれば、高強度かつ延性の低い材料からなる被加工物を対象とした加工の場合でも、高精度な動圧発生溝２ｖを長期に渡り安定して加工することができる。
【００２６】
また、この加工用治具１を用いた加工方法は、従来の加工用治具に比べ治具の寿命が向上することに加え、加工後の動圧発生溝２ｖ部位に対するめっき等の表面処理やバリ取りを行なう必要がなく、動圧軸受装置全体としてのコストダウンを図ることができる。
【００２７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図４は、本発明の第２の実施の形態における動圧発生溝の加工に用いられる治具の断面図である。なお、この図においてボール１０の表面に形成された被膜１１は、その厚みを誇張して描かれている。
【００２８】
この実施の形態における事例も、第１の実施の形態と同様に、円筒状の被加工物（スリーブ２）の内周面２ｘに、軸方向に距離を隔てた２ヶ所のラジアル動圧発生溝２ｖ，２ｖを形成するものである。従って、その加工方法等は、図５および図９で説明した例と同様であり、また、動圧発生溝の加工に用いられる治具１の外観も、図１に示す第１の実施の形態と同様である。そのため、図４は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図相当となっている。
【００２９】
本実施の形態における動圧発生溝の加工方法が、第１の実施の形態と異なる点は、治具１のガイド穴１ｈに固着された各梨子地状超硬ボール１０の表面に、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）被膜１１が形成されている点である。
【００３０】
このＤＬＣ被膜１１は、非常に薄く硬い膜に形成することができるため、前述の梨子地状表面による潤滑剤保持効果を維持しつつ、延性の高い金属材料のボールへの凝着を防止することができる。従って、このＤＬＣ被膜１１を有する梨子地状超硬ボール１０を用いた動圧発生溝の加工は、アルミニウムおよびアルミニウム合金のような延性に富んだ金属材料からなる被加工物に転造加工を行なう場合でも、高精度な動圧発生溝２ｖを長期に渡り安定して加工することができる。
【００３１】
なお、以上の２つの実施の形態における梨子地状超硬ボール１０の大きさや個数、配置等は、特に限定されるものではなく、動圧発生溝を形成すべき被加工物の材質や、所望とする動圧発生溝の形状・パターン等によって、適宜変更すれば良い。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の動圧発生溝の加工方法によれば、高強度かつ延性の低い材料からなる被加工物を対象とした加工の場合でも、被加工物表面に亀裂等の発生がなく、高精度な動圧発生溝を長期に渡り安定して加工することができる。
【００３３】
また、表面にＤＬＣ被膜を形成した梨子地状超硬ボールを用いて加工を行なうことにより、梨子地状表面の潤滑剤保持効果を維持しつつ、延性の高い金属材料のボールへの凝着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における動圧発生溝の加工に用いられる治具の外観を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における動圧発生溝の加工用治具の構造を示す、図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における動圧発生溝の加工用治具に用いられている梨子地状超硬ボールの表面を拡大した電子顕微鏡写真の模写図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態における動圧発生溝の加工用治具の構造を示す断面図である。
【図５】ボール転造によるラジアル動圧発生溝の形成方法の概略を示す説明図である。
【図６】動圧発生溝のボール転造に用いられる従来の加工用治具の構造を示す一部断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図８】動圧発生溝の加工用治具に用いられている従来の鏡面状超硬ボールの表面を拡大した電子顕微鏡写真の模写図である。
【図９】加工用治具を用いた動圧発生溝の形成手順を説明する模式的断面図である。
【符号の説明】
１  加工用治具
１ａ  支持部
１ｂ  加工部
１ｃ  支持ピン
１ｈ  ガイド穴
２  スリーブ
２ｖ  動圧発生溝
２ｘ  内周面
３  チャック
１０  ボール
１１  ダイヤモンドライクカーボン被膜
２０  ボール
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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