(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転可能に装着された軸部材及び軸受部材に、対向する一対の動圧軸受面が形成され、これら軸部材及び軸受部材の両動圧軸受面どうしの隙間内に潤滑流体が介在されているとともに、上記両動圧軸受面の少なくとも一方側に、所定形状にて延在する動圧発生溝部が凹設され、当該動圧発生溝部以外の部分が凸状表面を有するランド部に形成された動圧軸受装置の製造方法において、
上記動圧発生溝の溝開口部を形成している両開口縁部それぞれに、前記ランド部の凸状表面に対して傾斜するように延在した傾斜案内面を、前記動圧発生溝を形成する工程で形成することを特徴とする動圧軸受装置の製造方法。
【請求項２】
相対回転可能に装着された軸部材及び軸部材に、軸方向に対向する一対のスラスト動圧軸受面が形成され、これら両スラスト動圧軸受面どうしの隙間内に潤滑流体が介在される動圧軸受装置を製造するに当たって、コイニングパンチを用いた圧印加工によって、前記両スラスト動圧軸受面の少なくとも一方側に所定形状で延在する動圧発生溝部を凹設するとともに、当該動圧発生溝部以外の部分を凸状表面からなるランド部に形成するようにした動圧軸受装置の製造方法において、
上記動圧発生溝の溝開口部を形成している両開口縁部それぞれに、前記ランド部の凸状表面方向に対して傾斜するように延在した傾斜案内面に相当する凹凸形状を、前記コイニングパンチの圧印部に形成して用いるようにしたことを特徴とする動圧軸受装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の動圧軸受装置の製造方法に加えて、前記ランド部の平面度を向上させる平打ち加工を、傾斜案内面が残るように施すことを特徴とする動圧軸受装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、潤滑流体に動圧を発生させ、その動圧により軸部材と軸受部材とを相対的に回転自在に支持する動圧軸受装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ポリゴンミラー、磁気ディスク、光ディスク等の各種回転体を高速回転支持するための動圧軸受装置に関する提案が種々行われている。この動圧軸受装置においては、軸部材側の動圧軸受面と、軸受部材側の動圧軸受面とが所定の狭小隙間を介して対向するように設けられおり、その対向隙間に動圧軸受部が形成されている。また、上記両対向動圧軸受面のうちの少なくとも一方側には、動圧発生用溝が形成されており、上記動圧軸受部内に注入された空気やオイル等の潤滑流体が、回転時における上記動圧発生用溝のポンピング作用により加圧され、その潤滑流体の動圧によって軸部材及び軸受部材の両部材が相対的に浮上した状態で回転支持が行われるようになっている。
【０００３】
上記動圧発生用溝は、動圧軸受面に対してスパイラル形状やヘリングボーン形状で延在するように凹設されたものであるが、その動圧発生用溝を形成した以外の領域であるランド部は凸状表面から形成されている。そして、回転の停止時においては、上記軸部材と軸受け部材とは互いに接触状態にあり、潤滑流体は動圧発生溝内のみに留まっている。この状態から、上記軸部材と軸受け部材との相対回転が開始されると、動圧発生溝内の潤滑流体は、特定の加圧点に向かって流動していき、合流することによって動圧を発生し所定の浮上力を得るようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように一般の動圧軸受装置では、回転開始から所定の動圧浮上力を得るまでにはある程度の時間を要しており、回転開始時における特定の時間内は潤滑流体に動圧が発生していない。従って、その動圧が発生していない特定の時間内では軸部材と軸受部材とが互いに接触しながら擦れ合うことになってしまい、上記両部材に摺動摩耗が早期に進行して、予想以上に寿命が短くなってしまうことがある。
【０００５】
このような問題は、特に図８にスラスト動圧軸受面として示されているように、動圧発生溝１を成形した部分以外の凸面からなるランド部２の平坦性を高めるべく、図中破線で表した元の成形面２’に対して平打ち加工（スパンキング加工）を施した場合において顕著となる。すなわち、上記平打ち加工を行った後のランド部２は、上記元の成形面２’に対して表面高さがやや沈み込むこととなるが、その沈み込んだ分だけ、上記動圧発生溝１の開口縁部分が溝内側に押し出されてしまい、溝の立上り壁面に逆テーパ部１ｂが形成されてしまうことがある。このような逆テーパ部１ｂは、動圧発生溝１内からランド部２側へ流出しようとする潤滑流体を堰き止める作用を備えることとなり、特に、上述した回転開始時においては、ランド部２側に潤滑流体が全く存在しない時間を更に延長するよう働き、前述した軸部材と軸受け部材との接触摩耗を極めて早期に進行させてしまう。
【０００６】
そこで本発明は、簡易な構成で、軸部材と軸受部材との接触摩耗を良好に低減させることができるようにした動圧軸受装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明では、相対回転可能に装着された軸部材及び軸受部材に、対向する一対の動圧軸受面が形成され、これら軸部材及び軸受部材の両動圧軸受面どうしの隙間内に潤滑流体が介在されているとともに、上記両動圧軸受面の少なくとも一方側に、所定形状にて延在する動圧発生溝部が凹設され、当該動圧発生溝部以外の部分が凸状表面を有するランド部に形成された動圧軸受装置の製造方法において、
上記動圧発生溝の溝開口部を形成している両開口縁部それぞれには、前記ランド部の凸状表面に対して傾斜するように延在した傾斜案内面が、前記動圧発生溝を形成する工程で形成されている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明では、相対回転可能に装着された軸部材及び軸部材に、軸方向に対向する一対のスラスト動圧軸受面が形成され、これら両スラスト動圧軸受面どうしの隙間内に潤滑流体が介在される動圧軸受装置を製造するに当たって、コイニングパンチを用いた圧印加工によって、前記両スラスト動圧軸受面の少なくとも一方側に所定形状で延在する動圧発生溝部を凹設するとともに、当該動圧発生溝部以外の部分を凸状表面からなるランド部に形成するようにした動圧軸受装置の製造方法において、
上記動圧発生溝の溝開口部を形成している両開口縁部それぞれに、前記ランド部の凸状表面方向に対して傾斜するように延在した傾斜案内面に相当する凹凸形状を、前記コイニングパンチの圧印部に形成して用いるようにしている。
【０００９】
さらに、請求項３記載の発明では、前記請求項２記載の動圧軸受装置の製造方法に加えて、前記ランド部の平面度を向上させる平打ち加工を、傾斜案内面が残るように施すようにしている。
【００１２】
このような構成を有する請求項１記載の発明によれば、回転停止時において動圧発生溝内に留まっていた潤滑流体が、軸部材と軸受部材との回転開始とともに、動圧発生溝の開口縁部に設けられた傾斜案内面を通して直ちにランド部側に流出していき、その傾斜案内面の楔膜作用によって軸部材と軸受部材との間に浮上力が発生して両部材どうしが相対的に浮上する。従って、回転開始の直後から、軸部材と軸受部材との接触状態は回避され、両部材の摩耗が最小限に抑えられるようになっている。
【００１３】
また、請求項２記載の発明によれば、上述した請求項１記載の発明にかかるスラスト動圧軸受面が、コイニングパンチの圧印部を用いることによって効率的に成形されるようになっている。
【００１４】
さらに、請求項３記載の発明によれば、コイニング加工の後のランド部に対して傾斜案内面を残すように平打ちを行うことによって、より平面度の高いランド部が得られることとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、スラスト動圧軸受装置に適用した実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
まず、図７には、本発明を適用するスラスト動圧発生溝１１の例が表されているが、本図におけるスラスト動圧発生溝１１は、相対回転可能に配置された軸部材と軸受部材との少なくとも一方側部材、例えばスラストプレートの動圧軸受面に成形されたものであって、へリングボーン形状を有するように凹設されている。このへリングボーン形状をなすスラスト動圧発生溝１１は、平面略「く」の字形状を有する単体の溝部１１ａが、周方向に多数並列するように配置されたものであって、上記各単体の溝部１１ａでは、その「く」の字形状の頂点部分に向かって両側から潤滑流体が流動して合流し、その頂点部分に発生する加圧力によって所定の動圧を得るようにしたものである。また、そのスラスト動圧発生溝１１が形成された動圧軸受面のうちの上記スラスト動圧発生溝１１以外の部分は、凸状表面からなるランド部１２に形成されている。
【００１８】
上記動圧発生溝１１及びランド部１２は、図５及び図６に示されているような横断面形状になされている。すなわち、上記動圧発生溝１１の各溝部１１ａは、横断面略矩形状の溝体から形成されているが、その動圧発生溝１１の開口縁部分であって回転時に潤滑流体の進入側となる部分には、傾斜案内面１３が設けられている。この傾斜案内面１３は、上記動圧発生溝１１の立上り壁面１１ｂと、前記ランド部１２の凸状表面とを繋ぐ面として形成されており、上記ランド部１２の凸状表面に対して所定の鋭角をなして傾斜するように延在していて、当該傾斜案内面１３によって、上記動圧発生溝１１の開口部が外方側（図示上方側）に向かって拡大する形状になされている。
【００１９】
本実施形態における上記動圧発生溝１１及びランド部１２は、例えばスラストプレートのブランク素材に対して、後述するコイニング加工（圧印加工）を施すことによって形成されているが、図６中の破線で示されたコイニング加工直後におけるランド部１２’の凸状表面は、同図中の実線で表した最終形状１２より僅かに高く形成されている。また、上述した傾斜案内面１３のコイニング加工直後の元の形状１３’は、比較的、なだらかな傾斜面に形成されている。そして、その破線で表されたコイニング直後のランド部１２’の凸状表面に対して、図示上方側から平打ち加工（スパンキング加工）が施され、それによって高さ方向にやや押し潰された最終形状のランド部１２が、良好な平坦面を備えるように形成されている。このとき、上記平打ち加工によりランド部１２が押し潰された分だけ、傾斜案内面１３は、元の形状１３’よりも急傾斜面となる。
【００２０】
このようなスラストプレートに形成されたスラスト動圧軸受におけるランド部１２の凸状表面に対しては、回転停止時に、相手側の部材１４が接触することとなるが、その相手側の部材１４の接触面と、上記傾斜案内面１３との間には、楔形状の空間が画成される。従って、回転停止時において動圧発生溝１１内に留まっていた潤滑流体は、軸部材と軸受部材との回転開始とともに、動圧発生溝１１の開口縁部分に設けられた傾斜案内面１３を通してランド部１２側に直ちに流出していき、その傾斜案内面１３の楔膜作用によって軸部材と軸受部材との間に迅速に入り込んで油膜を形成する。その結果、回転開始の直後から、上記軸部材と軸受部材との接触状態は回避されることとなり、これら両部材の摩耗は最小限に抑えられる。
【００２１】
このようなスラスト動圧軸受を構成する動圧発生溝１１、ランド部１２、及び傾斜案内面１３は、図３に示されているような超硬材からなるコイニングパンチ２１を備えたコイニング加工装置によって形成される。上記コイニングパンチ２１は、固定ダイ２２の両側壁面に対して図示上下方向に摺動可能に装着されており、上記固定ダイ２２にワークとしてセットされた、例えばスラストプレートのブランク素材２３に対して、上記コイニングパンチ２１の図示下面側に形成された圧印部２１ａを強く押しつけてパターンを転写させる構成になされている。上記コイニングパンチ２１の圧印部２１ａには、上述した動圧発生溝１１、ランド部１２、及び傾斜案内面１３を反転した凹凸形状が形成されており、その凹凸形状が、スラスト動圧軸受のブランク素材側に転写されるようになっている。なお、上記ランド部１２及び傾斜案内面１３に関しては、正確には図６中の符号１２’，１３’で表した形状の反転形状にて設けられている。
【００２２】
このようなコイニングパンチ２１を用いたコイニング加工は、図４の右側に示されているように、スラストプレートのブランク素材に対して行われるが、コイニングパンチ２１の圧印部２１ａによって、上述したスラスト動圧軸受面が簡易かつ高精度に成形され、エッチング加工や切削加工或いはメッキなどの他の加工方法に比して、生産効率が大幅に向上される。コイニング加工が行われた後には、平打ち加工（スパンキング加工）が施され、最終の洗浄及び検査工程を経て完成する。
【００２３】
上述したようにコイニングパンチ２１には、動圧発生溝１１、並びにランド部１２及び傾斜案内面１３（正確には形状１２’，１３’）を反転した形状の溝成形用凸部及びランド成型用凹部が形成されているが、その凹凸形状のうちの特にランド成型用凹部は、以下のようなイオンミーリング装置を用いることによって極めて効率的に形成することが可能である。
【００２４】
すなわち、図４の左側に示されているように、コイニングパンチ２１のブランク素材に対してメタルマスクが接着された後、イオンミーリング装置を用いたミーリング加工が行われて検査され、最後にメタルマスクが取り外されて洗浄が行われ、コイニングパンチ２１を得る。
【００２５】
上記ミーリング加工を行うに当たっては、図１に示されているように、上述した超硬材からなるコイニングパンチ２１の複数体のブランク素材２１’が、回転駆動源３１に連結された回転ワークテーブル３２上に周状に取り付けられているとともに、その回転ワークテーブル３２の斜め上方位置に、イオンミーリング装置３３のイオン照射部が対向するように配置される。上記回転ワークテーブル３２上の各ブランク素材２１’は、圧印部を形成すべき面を略鉛直上方に向けた状態でそれぞれ固定されており、略鉛直方向に延在する上記回転ワークテーブル３２の回転軸３２ａに対して、前記イオンミーリング装置３３のイオン照射軸３３ａの軸方向とが、５°〜８５°の範囲内の所定の角度θをなして傾斜する配置関係になされている。このとき、上記各ブランク素材２１’の中心軸２１’ａと、イオンミーリング装置３３のイオン照射軸３３ａの軸方向との間の角度も、同じくθに設定されている。
【００２６】
このとき、特に図２に拡大して示されているように、上記ブランク素材２１’の圧印部形成面（図示上面）には、前記動圧発生溝１１に相当する部位にメタルマスク３４が取り付けられており、その動圧発生溝１１に相当する部位が、上記イオンミーリング装置３３によるイオン照射に対して遮断状態となるように設定されている。上記メタルマスク３４は、ステンレス鋼等の薄板材から構成されており、上述した動圧発生溝１１に相当する部分がエッチング等によって抜かれたパターン形状になされたものである。そして、上記ブランク素材２１’の圧印部形成面（図示上面）に対して、例えばエポキシ系樹脂などのような耐熱性の高い接着剤を用いて強固に貼り付けられている。このように接着剤を用いてメタルマスク３４をブランク素材２１’に貼り付けるようにすれば、磁気力で固定した場合等に発生するメタルマスクの反り上がりによる浮きや剥がれが防止されることとなり、その結果、メタルマスク３４のパターン形状が、コイニングブランク素材２１’に対して正確に転写される。
【００２７】
このメタルマスク３４は、前記イオンミーリング装置３３によるイオン照射によって、ブランク素材２１’とともにミーリング加工されるために徐々に薄くなっていくが、最終的にメタルマスク３４が残る程度の厚さのものが採用されている。すなわち、このようなメタルマスク３４は、樹脂やレジストを印刷工法で成形したマスクに比して、より均一な厚さのマスクとすることができるため、その結果として、以下のようなミーリング加工の精度を向上させることが可能となる。
【００２８】
すなわち、上述した傾斜配置関係にて、上記回転ワークテーブル３２を回転させながら、上記ブランク素材２１’の圧印部形成面（図示上面）に対して、イオンミーリング装置３３からイオン照射が行われてランド成型用凹部が形成される。このとき、各ブランク素材２１’の中心軸２１’ａと、上記イオンミーリング装置３３のイオン照射軸３３ａどうしの間の傾斜配置関係は、略一定に維持される。なおこの場合、ブランク素材２１’側を固定状態にしておき、イオンミーリング装置３３のイオン照射軸３３ａを回転させるようにしても良い。
【００２９】
このような各ブランク素材２１’とイオンミーリング装置３３との傾斜配置関係を一定に維持しながら、上記ブランク素材２１’の圧印部形成面（図示上面）にイオン照射を行うようにすれば、メタルマスク３４が貼り付けられている部位については、ミーリング加工が全く行われないが（メタルマスク３４のみがミーリング加工される）、メタルマスク３４によりイオン遮断されていない部分３５は、ミーリング加工されてランド成型用凹部が溝状に形成されていく。このとき、上述したようにイオンミーリング装置３３と各ブランク素材２１’とは、一定の傾斜配置関係になされているので、形成される溝深さは場所によって以下のような差異が出る。
【００３０】
すなわち、メタルマスク３４とは関係なく常時イオン照射が行われる部位３５ａにおいては、溝深さが最も深くなるように形成される。その溝深さが深く形成された部位３５ａは、溝の底面部を構成するように所定の範囲にわたって形成される。
【００３１】
これに対して、上述したようにイオンミーリング装置３３が傾斜配置された状態でブランク素材２１’が回転されていることから、上記メタルマスク３４により特定の時間内のみイオン遮断されて、一時的に日陰状部分となる部位３５ｂは、そこにイオン照射が行われる時間に対応した溝深さに形成される。すなわち、上記メタルマスク３４により特定の時間内イオン遮断される部位３５ｂにおいては、メタルマスク３４に近い部分ほどイオン遮断時間が長く、メタルマスク３４の根本の部分では、ほとんどの時間でイオン遮断状態となることから、溝深さは非常に浅くなる。そして、そのメタルマスク３４の根本部分から中央側に離れる部位になればなるほど、メタルマスク３４によるイオン遮断時間は短くなり、イオン照射時間は長くなる。従って、上記部位３５ｂにおける溝深さは、メタルマスク３４の根本部分から中央側に向かって徐々に深くなっていく。このような溝深さは、ブランク素材２１’とイオンミーリング装置３３との角度傾斜量を適宜調整することによって調整されるため、前述したコイニングパンチ２１の凹部が適宜の形状にて極めて容易に形成される。
【００３２】
また、このようなイオンミーリング装置３３によって加工されたコイニングパンチ２１は、エッチング等の他の工法で成形された場合よりも、形成面の表面粗さは大幅に向上されることとなり、結果的に、スラスト動圧面の面精度が向上され、動圧特性等の向上を図ることが可能となる。
【００３３】
以上、本発明者によってなされた発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であるというのはいうまでもない。
【００３４】
例えば、前記コイニングパンチの材質として、高硬度の鉄系合金なども同様に採用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように請求項１記載の発明は、動圧発生溝の開口縁部に傾斜案内面を動圧発生溝を形成する工程で形成することにより、回転停止時に動圧発生溝内のみに留まっていた潤滑流体を軸部材と軸受部材との回転開始とともに上記傾斜案内面を通して直ちにランド部側に流出させ、その傾斜案内面の楔膜作用による浮上力で軸部材と軸受部材とを浮上させるように構成して、回転開始の直後から、軸部材と軸受部材との接触状態を回避させて両部材の摩耗を最小限に抑えるようにしたものであるから、簡易な構成で、軸部材と軸受部材との接触摩耗を大幅に低減させることができ、動圧軸受装置の寿命を延長して信頼性を向上させることができる。
【００３６】
また、請求項２記載の発明は、上述した請求項１記載の発明にかかるスラスト動圧軸受面をコイニングパンチによって効率的に成形するものであるから、請求項１記載の動圧軸受装置の生産性を向上させることができる。
【００３７】
さらに、請求項３記載の発明は、上記請求項２記載のコイニング加工の後のランド部に対して傾斜案内面を残すように平打ちを行うことによって、より平面度の高いランド部を得るようにしたものであるから、請求項２記載の発明の効果に加えて、更に品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコイニングパンチの製造方法を実施するための製造装置の一例を表した概略説明図である。
【図２】図１の装置で製造されるコイニングパンチのブランク素材を拡大して表した縦断面説明図である。
【図３】スラストプレートを製造するコイニング加工装置の一例を表した部分縦断面説明図である。
【図４】コイニングパンチ及びそれを用いたスラストプレートの製造工程の概略を表したフロー図である。
【図５】スラストプレートに設けられた動圧発生用溝の形状を拡大して表した部分横断面説明図である。
【図６】図５の一部をさらに拡大して表した部分横断面説明図である。
【図７】スラストプレートに設けられた動圧発生用溝の全体形状を表した平面説明図である。
【図８】一般の動圧発生用溝の形状を拡大して表した部分横断面説明図である。
【符号の説明】
１１  スラスト動圧発生溝
１２  ランド部
１３  傾斜案内面
２１  コイニングパンチ
２１ａ  圧印部
２１’  コイニングパンチブランク素材
２１’ａ  中心軸
２２  固定ダイ
２３  スラストプレートブランク素材
３２  回転ワークテーブル
３２ａ  回転軸
３３  イオンミーリング装置
３３ａ  イオン照射軸
３４  メタルマスク
【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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