(57)【要約】【課題】  極細径の軸受穴の内周面に自在なパターンの動圧溝加工を行う加工方法および加工装置を提供すること。【解決手段】  円筒状のワークの穴の内周面に、光ファイバーからレーザ光を照射して、動圧軸受における動圧発生溝を形成する加工装置に、ワークを着脱可能で、かつ正逆回転可能なチャックと、チャックの回転軸と平行な面を平面的に移動可能なテーブルと、テーブルに保持される穴加工刃物と、テーブルに保持される光ファイバーと、光ファイバーにレーザ光を供給するレーザ発光器とを備える。  テーブルを平面的に移動させながら、チャックを前記テーブルに対して相対的に正逆回転することで、ワークの内周面に所定のパターンの動圧発生溝を形成する【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のワークの穴の内周面に、光ファイバーからレーザ光を照射して、動圧軸受における動圧発生溝を形成する加工方法であって、
前記ワークを、正逆回転可能なチャックに保持し、
前記光ファイバーを、平面的に移動可能なテーブルに保持し、
前記テーブルを平面的に移動させながら、前記チャックを前記テーブルに対して相対的に正逆回転することで前記ワークの前記内周面に所定のパターンの前記動圧発生溝を形成することを特徴とする加工方法。
【請求項２】
先端を略斜めにカットした前記光ファイバーの前記先端を前記穴に挿入し、
前記チャックの回転軸に対して角度をもって、前記レーザー光を前記内周面に照射し、
前記テーブルを前記チャックの回転軸と平行な向きで前後に移動させることを特徴とする請求項１記載の加工方法。
【請求項３】
前記光ファイバーの先端は隣接して複数箇所に傾斜カットがなされ、
前記光ファイバーの先端からそれぞれ角度を持って複数方向に放射される前記レーザ光を前記内周面に照射することを特徴とする請求項１又は２記載の加工方法。
【請求項４】
前記光ファイバーの先端を前記穴に挿入せず、
前記チャックの回転軸に対して角度をもって、前記レーザー光を前記内周面に照射し、
前記テーブルを前記チャックの回転軸と平行な向きで前後に移動させることを特徴とする請求項１記載の加工方法。
【請求項５】
短パルスの前記レーザ光を照射して、前記動圧発生溝の底面に、前記動圧発生溝の方向に対し方向性のない微細突起の集合体からなるウェルド模様を残留させることを特徴とする請求項１〜４何れか１項に記載の加工方法。
【請求項６】
前記テーブルに、穴加工刃物を固定し、
前記穴加工刃物により、前記内周面を加工する工程を含むことを特徴とする請求項１〜５何れか１項に記載の加工方法。
【請求項７】
円筒状のワークの穴の内周面に、光ファイバーからレーザ光を照射して、動圧軸受における動圧発生溝を形成する加工装置であって、
前記ワークを着脱可能で、かつ正逆回転可能なチャックと、
前記チャックの回転軸と平行な面を平面的に移動可能なテーブルと、
前記テーブルに保持される穴加工刃物と、
前記テーブルに保持される前記光ファイバーと、
前記光ファイバーにレーザ光を供給するレーザ発光器と、を備えることを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受穴の内周面に動圧発生溝を加工する方法及び加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動圧流体軸受はコンピュータに内蔵されるハードディスク装置の回転主軸や、レーザプリンターに内蔵されるレーザ光を照射するためのポリゴンスキャナーモータの回転主軸等に多く用いられている。一般に、この動圧流体軸受の内径が２〜２０ｍｍ程度の軸受であって、回転軸が回転を始めると軸受面に加工された動圧発生溝がオイル又は空気をかき集めて圧力を発生し、回転軸を浮上させて非接触で高精度に回転させる。
【０００３】
本発明者らは、特許文献１などにおいて、ＯＣＴ内視鏡装置に用いるプローブの先端側にモータを配置するとともに、このモータの回転軸の軸受に動圧軸受を用いることによって、安定した観察画像を得られる光イメージング用プローブを提案している。
この光イメージングプローブに配置しているモータは、光の向きを変えるための回転駆動源として重要な構成要素であるが、軸受に動圧軸受を用いることで回転軸の回転精度が良好となり、特にＮＲＲＯ(Non-Repeatable Run-Out：非再現性の軸振れ)の発生を極力抑えることができる。
とりわけ、先端側が直径２ｍｍ以下のプローブにも内蔵可能な極小径サイズのモータに、動圧軸受を適用すると有効である。
しかし、例えば、直径１．５ｍｍ以下のモータに動圧軸受を適用する場合、動圧軸受の内径は０．２〜０．５ｍｍ程度となるが、従来、このような細径穴に動圧発生溝を量産的に加工する手段が存在しなかった。
【０００４】
従来、直径２ｍｍ以上の軸受スリーブ内周面に動圧発生溝を加工する手段は、例えば特許文献２に示される動圧軸受溝加工装置がある。軸受スリーブ（工作物11）に予めフォトレジストを塗布しておき、光ファイバーの先端部からレーザ光が照射され、内周面にフォトレジストでパターンを形成し、その後に化学エッチング等の手段で動圧発生溝が加工されるものである。
しかしながら、この構成においては、光ファイバー先端は折り曲げられ、また折り曲げられた最先端に球状レンズ(26)が取り付けられるので、先端部の直径は太くなってしまうため極細径の流体軸受には挿入することができず、加工が行えなかった。また、化学エッチングの工程が含まれるため量産的な加工方法ではなかった。
【０００５】
また、特許文献３に示す溝付き流体軸受加工方法に示される加工手段があり、旋盤にチャックされた軸受スリーブ（被加工物1A）の穴に溝加工用バイト(7)を挿入し、このバイトに圧電素子により正弦波の振動を与えて溝加工用バイトを軸受スリーブ内面に切り込ませて動圧発生溝を加工するものである。
しかしながら、穴に挿入するためのバイトはその機械強度の点で約１ｍｍ以上の細さが必要であったため、極細径穴への溝加工では細径のバイトは大変折れ易く、量産的な加工が行えなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１１５３６１号公報
【特許文献２】特公平８−０１１８３４号公報
【特許文献３】特許第３７７４９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記従来事情に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、細径穴の内面に自在のパターンの動圧発生溝を量産的に加工することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための一手段として、円筒状のワークの穴の内周面に、光ファイバーからレーザ光を照射して、動圧軸受における動圧発生溝を形成する際、ワークを正逆回転可能なチャックに保持し、光ファイバーを平面的に移動可能なテーブルに保持し、テーブルを平面的に移動させながら、チャックをテーブルに対して相対的に正逆回転することでワークの内周面に所定のパターンの動圧発生溝を形成する。
【０００９】
また、円筒状のワークの穴の内周面に、光ファイバーからレーザ光を照射して、動圧軸受における動圧発生溝を形成する加工装置において、ワークを着脱可能かつ正逆回転可能なチャックと、チャックの回転軸と平行な面を平面的に移動可能なテーブルと、テーブルに保持される穴加工刃物と、テーブルに保持される光ファイバーと、光ファイバーにレーザ光を供給するレーザ発光器とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、極細の穴径の内面に自在のパターンの動圧発生溝を量産的に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る動圧発生溝の図
【図２】同実施形態に係る第１の動圧発生溝加工装置構成図
【図３】同実施形態に係る光ファイバー先端の第１の形状
【図４】同第１の動圧発生溝加工装置の加工プロセス図
【図５】同実施形態に係る加工フロー説明図
【図６】同実施形態に係る加工装置のタイミングチャート
【図７】同実施形態に係る光ファイバー先端の別の構成
【図８】同実施形態に係る光ファイバー先端のさらに別の構成
【図９】同実施形態に係る動圧発生溝断面形状比較説明図
【図１０】同実施形態に係る動圧発生溝底模様の比較説明図
【図１１】同実施形態に係る摩擦係数比較説明図
【図１２】同実施形態に係る発生圧力比較説明図
【図１３】同実施形態に係る第２の動圧発生溝加工装置構成図
【図１４】同第２の動圧発生溝加工装置の要部断面図
【図１５】同第２の動圧発生溝加工装置の加工フロー図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本実施の形態では、円筒状のワークの穴の内周面に光ファイバーからレーザ光を照射して動圧軸受における動圧発生溝を形成する加工方法において、ワークを正逆回転可能なチャックに保持するとともに、光ファイバーを平面的に移動可能なテーブルに保持した状態で、テーブルを平面的に移動させながらチャックをテーブルに対して相対的に正逆回転することで、ワークの内周面に所定のパターンの動圧発生溝を形成することを第１の特徴としている。
この加工方法により、レーザ光を極細穴内面に自在に照射できるので、自在なパターンの動圧発生溝を形成することができる。
【００１３】
第２の特徴としては、先端を略斜めにカットした光ファイバーの先端をワークの穴に挿入し、チャックの回転軸に対して角度をもって、レーザー光を穴の内周面に照射する。
この加工方法により、例えば、外径０．２ｍｍ程度の小径の光ファイバーを用いて、極細の穴の内周面に自在なパターンの動圧発生溝を形成することができる。
【００１４】
第３の特徴としては、光ファイバーの先端は隣接して複数箇所に傾斜カットがなされ、この光ファイバーの先端からそれぞれ角度を持って複数方向に放射されるレーザ光を、ワークの穴の内周面に照射することにある。
この加工方法により、同時に複数本の動圧発生溝が加工できるので、加工時間を大幅に短縮できる。
【００１５】
第４の特徴としては、光ファイバーの先端をワークの穴に挿入せずに、チャックの回転軸に対して角度をもって、レーザー光を穴の内周面に照射し、テーブルをチャックの回転軸と平行な向きで前後に移動させて、動圧発生溝を形成する。
この加工方法により、極細の穴の内周面に自在なパターンの動圧発生溝を形成することができる。
【００１６】
第５の特徴としては、短パルスのレーザ光を照射することにより、形成する動圧発生溝の底面に、動圧発生溝の方向に対し方向性のない微細突起の集合体からなるウェルド模様を残留させることにある。
この加工方法により、流体軸受性能に優れる動圧軸受を得ることができる。この加工方法により加工した動圧軸受によって、高速で回転する回転軸を軸支する際、軸部材の浮上回転時、動圧溝による内部の発生圧力が高まるためのである。
【００１７】
第６の特徴としては、光ファイバーを保持しているテーブルに、穴加工刃物を固定し、この穴加工刃物によりワークの内周面を加工する工程を含むことにある。
この加工方法により、レーザ光による動圧発生溝の加工と、穴加工刃物による内周面の加工の切り替えをスムーズに行えるので、量産性が高まる。
【００１８】
本実施の形態での他の特徴としては、円筒状のワークの穴の内周面に光ファイバーからレーザ光を照射して動圧軸受における動圧発生溝を形成する加工装置に、ワークを着脱可能かつ正逆回転可能なチャックと、チャックの回転軸と平行な面を平面的に移動可能なテーブルと、テーブルに保持される穴加工刃物と、テーブルに保持される光ファイバーと、光ファイバーにレーザ光を供給するレーザ発光器とを備える。
この構成により、極細の穴径の内面に自在のパターンの動圧発生溝を量産的に加工することができる。
【００１９】
次に本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１〜図６は本発明に係る動圧発生溝加工装置の実施形態１を示している。
【００２１】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る動圧発生溝の図である。
軸受スリーブ６は穴の内周面に、一般的には約２本〜１６本程度の動圧発生溝６Ｂを有しているが、図１においては６本の動圧発生溝６Ｂと呼ばれる凹溝が例えばヘリングボーンパターン状（魚骨パターンとも呼ばれる）に加工されている。
【００２２】
軸受スリーブ６の商品に搭載された場合における用途について説明する。軸受スリーブ６の穴は別途図示しない軸が挿入され、軸受スリーブと軸からなる１μｍ〜数μｍの軸受隙間にはオイルが注入され、モータ等により回転が始まると、動圧発生溝６Ｂがオイルをかき集め、圧力を発生し軸は浮上し、非接触で高精度に回転するものである。
【００２３】
図２は実施形態に係る第１の動圧発生溝加工装置外観図である。チャック３は棒材６Ａまたはワーク６を掴み、図示しないモータ等により正逆回転が可能である。ＸＹステージ４にはワークに穴加工を行うための半月リーマ、２枚歯リーマ、ドリル等の刃物を固定し、また光ファイバー１がファイバーガイド１Ａと共に固定されている。ＸＹステージが動くことにより光ファイバー１の先端部はワーク６の穴に挿入される。
【００２４】
図３は代表的な光ファイバーユニットの構成図である。光ファイバー１の直径は約１００μｍでありその先端に平面カット部１Ｂを有するマイクロプリズム１Ｃが固定され、光ファイバー１の根元側は必要に応じてファイバーガイド１Ａで支持されている。光ファイバー１の後端はレーザ発光器２からレーザ光が供給され穴加工を行う。
【００２５】
軸受スリーブ１６の製造方法を図４の加工プロセス図を用いて説明する。図４は左側の記号（Ａ）から右側の記号（Ｅ）に向けて５段階の加工順を説明したものであり、それぞれの上側の図はワーク（軸受スリーブ）の軸方向断面であり、下側の図は軸に直角方向の断面を示している。６Aはステンレス鋼や快削性金属の棒材であり、６はワーク（この場合軸受スリーブ）、５は刃物（前述のリーマ、ドリル等）である。（Ｂ）ではワーク６の穴は刃物５により空けられ、（Ｃ）ではワーク６の穴に光ファイバーユニット７Ａの光ファイバー１の先端部が挿入され、レーザ光が放射されて内周面に動圧発生溝６Ｂが加工され、（Ｄ）では再度刃物により軸受内周面が加工され（Ｅ）に示す軸受スリーブ６が完成する。
【００２６】
図５はこれら動圧発生溝の加工フロー図である。まず棒材６Ａが準備されチャック３により掴まれ、この棒材６Ａが加工されてスリーブ６に変わる。記載の加工が行われ、加工が終わるとスリーブ６はチャック３が緩められ取出される。  
【００２７】
図６は本実施形態に係る加工装置のタイミングチャートを示し、チャック３は図中、上側に示す線図のように刃物５により穴加工する間は高速で正方向回転し、溝加工を行う間は正逆回転を繰り返しヘリングボーンパターンの溝を加工する。ＸＹステージ４は動圧発生溝加工を行う間に軸線に平行なＸ軸方向に前進と後進を繰り返し、複数本の動圧発生溝の加工を行う。チャック３、ＸＹステージ４、光ファイバー１のこのように同期した動作により魚骨パターン等自在な形状の動圧発生溝６Ｂが加工される。
【００２８】
図７は光ファイバーユニット７Ｂの別の構成を示している。光ファイバー１の先端はカット平面部１Ｂが加工されると共に平面Ｄカット部１Ｄも加工されている。レーザ発信器２から導かれたレーザ光線は図中矢印のようにカット平面部１Ｂの内側で反射され、平面Ｄカット部１Ｄを通過してスリーブ６の内周面に放射される。この構成では光ファイバーユニット７Ｂの構成が簡単で安価にできる。
【００２９】
また図８の光ファイバーユニット７Ｃでは、光ファイバーの先端は二平面からなるカット部１Ｅが設けられ、レーザ発信器２から導かれたレーザ光線は図中矢印のように二面カット部１Ｅの外周近傍の内側で反射され、同二面カット部１Ｅの内周近傍を通過してスリーブ６の内周面の複数個所（この場合は二箇所）に放射されスリーブ６の内周面の複数個所に同時に動圧発生溝６Ｂを加工するので短時間に多数本の動圧溝を加工することができる。
【００３０】
図２の動圧発生溝加工装置構成図においてレーザ発振器２はナノ秒レーザ、ピコ秒レーザ、フェムト秒レーザ等の短パルスレーザ（１つのパルス幅が短いレーザ光を連続的に多数回発信するもの）を使用している。これら短パルスレーザとマイクロ秒レーザ以上の中パルスまたは長パルスレーザ光を用いた場合の違いを図９と図１０を用いて以下に説明する。
【００３１】
図９は、動圧発生溝断面形状比較図である。図９（Ａ）は中パルス以上のレーザ光を用いた場合の溝断面形状であるが、溝の両脇に残留突起が壁のように多く生じるという問題がある。これは一旦溶解した金属が周囲に発散できずに残り、再度固体化したものである。一方図９（Ｂ）は短パルスレーザ光を用いた場合であり、レーザ光で溶解した金属は発散し溝周辺には残り難いので残留突起の高さは十分に低い。また短パルスレーザ光を用いた場合は金属は熱で溶解されるだけでなく、金属分子を破壊し吹き飛ばす作用も同時に得られるため残留突起の壁がほぼ生じない場合もあり、綺麗で圧力発生効果に優れた動圧発生溝６Ｂが加工できる。
【００３２】
図１０は、動圧発生溝の溝底模様を比較したものである。図１０（Ａ）は中パルス以上のレーザ光を用いた場合の溝底にできる模様を表しており、溝に略直角方向に多数の筋がウェルド模様として生じる。溝底面は動圧流体軸受において圧力絞りの役目を果たす物であるが、溝底面に流れ方向に筋があるとこの筋が流路になって発生圧力を逃がしてしまい、良好な軸受性能が得られない場合がある。一方図９（Ｂ）は短パルスレーザ光を用いた場合のウェルド模様であり、溝に略直角方向の筋よりも微細突起が多数個集まってできた溝底面になるため、良好な軸受性能が得られる。
【００３３】
図１１と図１２は、溝直角方向のウェルド模様を有する図１０（Ａ）と、短パルスレーザ光を採用した場合に溝底面の模様が非直角方向になる図１０（Ｂ）の軸受の性能比を図示したものである。短パルスレーザ光を採用した図１０（Ｂ）の軸受の方が回転時に浮上性能が良好であり完全非接触回転になるため摺動摩擦係数が小さく、また溝に直角方向に存在するウェルド模様部又は隙間大部分から発生圧力の逃げが無い分、軸受の発生圧力が高くなり回転精度が良くなる。
【実施例２】
【００３４】
本発明第２の構成の動圧発生溝加工装置について図１３から図１５を用いて説明する。
図１３は第２の動圧発生溝加工装置構成図である。チャック１３は棒材６Ａまたはワーク６を掴み、図示しないモータ等により正逆回転が可能に構成されている。ＸＹステージ１４にはワーク６に穴加工を行う刃物１５を固定し、また光ファイバー１１がファイバーガイド１１Ａにガイドされて固定され、レーザ光をワーク６の穴に斜めから照射可能な位置に固定されている。
【００３５】
ワーク６はチャック１３と共に回転し、刃物１５により穴が空けられる。続いてこの穴の外部に光ファイバーユニット７Ａの光ファイバー１の先端部からワーク６の穴の内周面に向けて照射され動圧発生溝が加工される。この時ＸＹステージ１４は回転軸と平行にＸ方向に往復しつつ、チャック１３が同時に正逆回転を行うことで、自在なパターンの動圧発生溝６Ｂが加工できる。また、その後に再度刃物１５により軸受内周面が滑らかに加工され図１に示す軸受スリーブ６が完成する。
【００３６】
図１４は第２の動圧発生溝加工装置の要部断面図であり、光ファイバー部の構成と、ワーク６と光ファイバー部の位置関係を示す図である。第２の溝加工装置においては、光ファイバーの先端からレーザ光は角度を有することなくほぼ真直ぐに放射されるよう構成される。また、軸受スリーブ６の軸受有効面の長さを図中Ｌ，直径をＤとした場合、レーザ光の放射角度θは、
Tanθ＝Ｄ／Ｌ
θ＜tan-1（Ｄ／Ｌ）の関係になるよう角度θが決定される。
【００３７】
図１５は第２の動圧発生溝加工装置の加工フロー図であるが、光ファイバーが穴に挿入されずにレーザ光が照射される事を除いて図５に示す第１の動圧発生溝加工装置の加工フローと同様である。
【００３８】
本発明によれば、人体内の医学的観察に用いる近赤外光と光ファイバーを用いるＯＣＴ内視鏡の先端に組み込まれるような、直径２ｍｍ以下の細径のモータに用いる動圧軸受の加工において、直径０．２ｍｍから０．５ｍｍの細径穴内面に自在のパターンの動圧溝を形成することができる。これにより、細径のモータの回転振れが防止できる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
例えば、本発明により得られる動圧軸受を医療用のＯＣＴ内視鏡プローブの先端に搭載するモータに用いることによって、ＯＣＴ内視鏡において３次元の空間分解能が高い観察画像を得ることが可能になる。このようなＯＣＴ内視鏡の装置を用いて、人体内部の患部の観察と診断が人体の切開手術せずに行え、従来の診断装置であったＸ線ＣＴ、核磁気共鳴などでは不可能であった高分解能で緻密は診断が可能となり、特に医療現場での活用が期待される。 また、本発明は、医療用内視鏡装置以外にも工業用ＯＣＴ精密測定装置にも使うことができる。
【符号の説明】
【００４０】
１    光ファイバー
１Ａ  ファイバーガイド
１Ｂ  先端カット平面部
１Ｃ  プリズム
１Ｄ  平面Ｄカット部
１Ｅ  二平面カット部
２、１２    レーザ発光器
３、１３    チャック
４，１４    ＸＹステージ
５、１５    刃物
６    軸受スリーブ（ワーク）
６Ａ  棒材
７Ａ，７Ｂ、７Ｃ  光ファイバーユニット
６Ｂ、１６Ｂ  動圧発生溝
１１  レーザ発光ユニット
【図１】
2017154147.tif 000003
【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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【図１０】
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【図１１】
2017154147.tif 000013
【図１２】
2017154147.tif 000014
【図１３】
2017154147.tif 000015
【図１４】
2017154147.tif 000016
【図１５】
2017154147.tif 000017