(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラスト動圧溝が形成されるフランジと、前記フランジの穴の内周に挿入される締結部を端面に有し、前記締結部と隣接して前記端面に形成される段部により前記フランジを、接触して挿入方向に支持するシャフトとに対し、前記フランジに動圧溝を加工するための溝を有する上型、および前記溝を有するとともに前記シャフトを挿入位置決めする穴および前記フランジの外周を拘束する外径拘束部を有し、前記フランジの前記段部と接触する下面との間に隙間を設ける構成とした下型とにより、前記フランジのスラスト動圧溝加工と前記シャフトへの締結がプレス加工により同時に行われるスラスト動圧軸受装置の加工に於いて、前記上型を前記下型方向に下降させ、前記フランジの穴の周囲に設けた微小突起を接触状態で押圧することにより、前記微小突起の、前記穴に挿入された前記締結部側への変形を開始せしめるとともに、前記下型と、前記フランジを介して前記上型とにより挟み込まれた前記シャフトの変形を開始せしめ、押圧を継続することにより前記隙間がゼロとなってからの前記フランジ両面の溝加工を開始せしめるとともに、前記フランジの外周を前記外径拘束部に接触させた状態で、前記フランジのスラスト動圧溝加工と前記シャフトへの締結を完了することを特徴とするスラスト動圧軸受装置の加工方法。
【請求項２】
微小突起の外周とフランジ内周間で決定される面積を、シャフト底面のハブ圧入部外周とディスク止めネジ穴間で決定される面積に対し同等以下となるよう設定することにより加工を行う請求項１記載のスラスト動圧軸受装置の加工方法。
【請求項３】
微小突起の高さを、締結強度が締結部の形状で決まる最大の締結強度の５０％以上となるよう実験的に決定することにより加工を行う請求項１又は２記載のスラスト動圧軸受装置の加工方法。
【請求項４】
微小突起の高さを０．０１ｍｍ以上として加工を行う請求項１又は２記載のスラスト動圧軸受装置の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスク装置等に用いられる流体軸受装置の製造において、プレス装置を用いてシャフトとフランジの締結とスラスト動圧溝加工を同時に行うスラスト動圧軸受装置の加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年ノートパソコンに搭載されるハードディスク装置では、小型化と耐衝撃性の向上が強く要望されており、結果として流体軸受装置の中のシャフトとスラスト軸受の締結強度と締結精度の向上が不可欠となってきている。これを解決するための手段として、プレス装置を用いてシャフトとフランジの締結とスラスト動圧溝加工を同時に行う加工法を提案しているが、これを従来例として、図７を用いて以下説明する。図７において、フランジ２１、シャフト２２とこのシャフト２２に設けられフランジ２１の内周が挿入される締結部２３とからなる。２４は下金型で、シャフト２２の外周を保持する穴２５と、フランジ２１にスラスト動圧溝を加工する動圧溝に対応した溝２６を有する。２７はフランジ２１の外周拘束部であり、プレス加工時のフランジ２１の外方向への変形を規制することでフランジ２１とシャフト２２の締結を促進する。なお外周拘束部２７を下金型２４とは別部材で構成する場合もある。２８は上金型であり、下金型２４と同様にスラスト動圧溝を加工する動圧溝に対応した溝２６を有し、かつ矢印Ｘ方向へ動かすことによりフランジ２１とシャフト２２の締結及びフランジ２１の両面へのスラスト溝加工が可能となる。
【０００３】
なお、フランジ２１の下面は下金型２４に対しＨだけ隙間を介してセットしている理由は、プレス加工時のシャフト２２の圧縮変形に伴うシャフト２２外周内に位置すべきフランジ２１上面の溝の加工の不十分さを補うためである。
【０００４】
以上のように構成された従来例の動作を以下説明する。フランジ２１外径が約５ｍｍ、シャフト２１の外径が３ｍｍの場合、上金型２８の加工荷重を約５トンに設定することで、フランジ２１とシャフト２２の締結及びフランジ２１へのスラスト動圧溝加工が可能であった。なお本加工後のフランジ加工精度が不十分の場合は、第２のプレス工程によりフランジ２１の動圧溝加工面の厚さと平面度を矯正することもある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１０２７６９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらこのような加工法では、上金型２８の下降に伴う加工荷重の一部がフランジ２１を介してシャフト２２へ伝わる構造のために、加工条件特に加工荷重によってはシャフト２２の最も弱い底面部に割れや変形を発生するという品質上の課題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記プレス加工方法によるスラスト動圧軸受装置の加工方法に於いて、フランジとシャフトの寸法や形状を工夫することにより、シャフトに割れや変形が発生せず、かつ締結とスラスト動圧溝加工を同時に加工できるようにしたものである。
【０００８】
上記課題を解決するために請求項１記載の発明は、スラスト動圧溝が形成されるフランジと、前記フランジの穴の内周に挿入される締結部を端面に有し、前記締結部と隣接して前記端面に形成される段部により前記フランジを、接触して挿入方向に支持するシャフトとに対し、前記フランジに動圧溝を加工するための溝を有する上型、および前記溝を有するとともに前記シャフトを挿入位置決めする穴および前記フランジの外周を拘束する外径拘束部を有し、前記フランジの前記段部と接触する下面との間に隙間を設ける構成とした下型とにより、前記フランジのスラスト動圧溝加工と前記シャフトへの締結がプレス加工により同時に行われるスラスト動圧軸受装置の加工に於いて、前記上型を前記下型方向に下降させ、前記フランジの穴の周囲に設けた微小突起を接触状態で押圧することにより、前記微小突起の、前記穴に挿入された前記締結部側への変形を開始せしめるとともに、前記下型と、前記フランジを介して前記上型とにより挟み込まれた前記シャフトの変形を開始せしめ、押圧を継続することにより前記隙間がゼロとなってからの前記フランジ両面の溝加工を開始せしめるとともに、前記フランジの外周を前記外径拘束部に接触させた状態で、前記フランジのスラスト動圧溝加工と前記シャフトへの締結を完了するスラスト動圧軸受装置の加工方法で、これにより、プレス加工の際にシャフトが大きく変形しない大きさとした微小突起に上型の荷重全てが加わって変形が始まるが、この微小突起の上型との当接部より外側がフランジの外周側への変形を防ぐ働きをするため、シャフトの塑性変形発生前の、過重が小さい段階で微小突起の変形が締結部側へ発生してシャフトとの締結力が発生し、また、フランジとシャフト段部を接触状態とし、かつ下型とフランジ下面との間に隙間を有している為、押圧加工時に下型とフランジ下面との間の隙間がゼロになって以降、シャフトに加重を作用させずにフランジとシャフトを締結できることとなり、押圧加工時に、フランジとシャフト段部との接触による位置規正効果によりシャフトの軸方向位置ズレを防止しつつ、フランジの圧縮変形に伴うシャフトの割れや必要以上の変形を防止することができる。
【０００９】
上記課題を解決するために請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において微小突起の外周とフランジ内周間で決定される面積を、前記シャフト底面のハブ圧入部外周とディスク止めネジ穴間で決定される面積に対し同等以下となるよう設定することにより加工を行うもので、これにより、シャフトの割れや変形が発生する前に微小突起部の締結が可能となる。
【００１０】
上記問題点を解決するために請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の構成において微小突起の高さを、締結強度が締結部の形状で決まる最大の締結強度の５０％以上となるよう実験的に決定することにより加工を行うものであり、さらに請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の構成において微小突起の高さを０．０１ｍｍ以上に設定して加工を行うものであり、これらにより締結部でフランジが変形する体積すなわち微小突起の体積が、フランジと締結部形状とで決まる隙間体積に対し十分な充填量となるので、締結強度も確保できることとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１〜図６  に本発明の実施の形態を示す。図１は本発明における第１の発明の説明図で、フランジ１、シャフト２とこのシャフト２に設けられフランジ１の内周が挿入される締結部３とからなり、フランジ１の内周と締結部３の挿入隙間はＹで示してある。４は下金型で、シャフト２の外径を保持する穴５と、フランジ１にスラスト動圧溝を加工するための溝６を有する。７はフランジ１の外周拘束部であり、プレス加工時のフランジ１の外方向への変形を規制することでフランジ１とシャフト２の締結を促進する。なお本実施例では外周拘束部７を下金型４と一体的に設けてあるが、別部材で構成しても良い。８は上金型であり、下金型４と同様にスラスト動圧溝を加工するための溝６を有し、かつ矢印Ｘ方向へ動かすことによりフランジ１とシャフト２の締結及びフランジ１の両面へのスラスト溝加工が可能となる。
【００１２】
なお、フランジ１の下面を下金型４に対しＨだけ隙間を介してセットしている理由は、プレス加工時のシャフト２の圧縮変形に伴うシャフト２外周内に位置すべきフランジ１上面の溝の加工の不十分さを補うためである。またＹはフランジ１の内周と締結部３との隙間を示している。
【００１３】
以上のように構成された第１の実施形態に於ける動作について図２を用いて以下説明する。
【００１４】
本実施形態に於いて、フランジ１の外径が約５ｍｍ、シャフト２の外径が３ｍｍの場合、スラスト動圧溝加工が完了するときの上金型８の加工荷重は約３トン、締結が完了する荷重は約５トンであるので、シャフト２の変形や割れを防止するためには、シャフト２が受ける荷重を如何に低減するかがポイントとなる。そこで、図２にプレス加工に於けるシャフト２が受ける荷重の時間変化を示す。上金型８がＸ方向へ下降しフランジ１と接触を始めるとシャフト２が変形を始め、隙間Ｈが０になるまで比例してシャフト荷重は増え、Ａで示す時間に至る。次ぎに上金型８が更に下降するとフランジ１が外径方向へ変形を始め、フランジ１の外周が外周拘束部７に当接するまでシャフト荷重は増大し、点Ｂで示す時間に至る。更に上金型８を下降させた時始めてフランジ１が締結部３側へ変形を始めるが、この時外周拘束部７で強制的にフランジ１を内周方向へ変形させているので、シャフト荷重は急激に上昇し、Ｃ点で示す時間に至る。更に上金型８が下降すると始めてフランジ１が締結部３と接触を始め、点Ｄで示す時間にフランジ１とシャフト２の締結が完了する。シャフト２の変形や割れを防止するためには当然Ｄ点の最大シャフト荷重を低減することが重要であり、本発明は隙間Ｙを小さくすることで、ＢとＣ間のシャフト荷重増大を防止するものである。
【００１５】
図３は上金型８の加工荷重を４トンに下げたときの、隙間Ｙと締結強度の関係を実験的に求めたグラフである。締結強度は締結部３の形状及びフランジ１とシャフト２の材質で決定される最大強度であり、実験例では約５０Ｋｇである。また隙間Ｙを徐々に大きくすると締結強度は急激に低下し、Ｙが０．０５ｍｍでは加工荷重４トンでほとんど締結出来なくなる。以上の実験データから、隙間Ｙを０．０３ｍｍ以下とすることで、加工荷重を４トンに低下させても飽和締結強度の約６割が確保でき、その結果、シャフトの割れ、変形の低減と同時に、締結強度を確保できることになる。なお上記実施形態では、隙間Ｙを正の数値で示しているが、隙間Ｙを負の数値、すなわち圧入にしても効果があることは言うまでもない。
【００１６】
次ぎに本発明の第２の発明の実施形態について、図４を用いて以下説明する。図４は図１とほぼ同じ構成であるが、差異として直径Ｅ、高さＦの微小突起９をフランジ１に設けた点である。
【００１７】
上記構成の第２の実施形態に於ける動作について、以下図５を用いて説明する。図５にプレス加工に於けるシャフト２が受ける荷重の時間変化を示す。上金型８がＸ方向へ下降しフランジ１と接触を始めるとシャフト２が変形を始め、隙間Ｈが０になるまで比例してシャフト荷重は増え、Ａ点で示す時間に至る。同時にフランジ１も微小突起９の外形寸法Ｅで示す範囲に上金型８の荷重全てが加わるので変形が始まるが、フランジ１のＥ寸法で示す当接部より外側自体が拘束部７と同様外周側への変形を防ぐ働きをするため、フランジ１のＥ寸法で示す範囲の変形が即締結部３側へ発生し、Ａ点に於いて既に締結力が発生する。更に上金型８を下降させていくと、フランジ１の外周が外径拘束部７に当接しＢ点に到達する。しかしながらこの時点でスラスト動圧溝加工が不十分のため、上金型８を下降させ、Ｄ点で十分なスラスト動圧溝加工が完了することとなる。
【００１８】
次ぎにシャフト２の割れや変形を確実に防止するための条件について以下説明する。シャフト２の下部形状は図４に示すように、図示しないハブを取付るためのシャフト２外径より小さなハブ取付直径部を設けたり、図示しないディスクを取り付けるためのディスク取付ネジを設けることが一般的である。結果、この部位がプレス加工に対する強度が最も少さくなり、シャフト２の割れや変形もこの部位に発生する。そこでシャフト２の変形や割れを防止し、かつ締結荷重を小さくするための条件は、微小突起９をシャフト２底面のハブ圧入外周とディスク止めネジ穴間で決定される面積に対し同等以下となるよう構成しておく。これによりシャフト２の変形が発生する前に微小突起９が変形を始め、この変形はフランジ１の変形と相まって締結に寄与できることとになる。
【００１９】
次ぎに本発明の第３の実施形態について以下説明する。第２の実施形態においてはシャフト２の割れや変形が発生しない必要条件を示したが、第３の実施形態は第２の実施形態の必要条件の中で、十分な締結強度を確保するためになされたものである。よって第３の実施形態における構成は、第２の実施形態の説明で用いた図４と全く同じ構成であり、同じ形状、動作となる。
【００２０】
第３の実施形態のポイントは、第２の実施形態で微小突起９の外径寸法Ｅが制約される中で、締結部３近傍の変形体積をＦ寸法で示される部分の体積で確保しようとするものであり、実際は図６に示す実験の結果で決定できる。図６は、上金型８の加工荷重をスラスト動圧溝が加工できる３トンに固定し、この時の微小突起９の寸法を、Ｅは第２の実施形態における条件を満足できる２．６ｍｍ以下、Ｆは０．０１から０．０４ｍｍまで変化させる時の、締結強度を５個の平均値で求めた実験結果である。この図６の実験結果から、締結力確保のためには微小突起９の外径寸法Ｅの影響は小さく、高さ寸法Ｆの影響が大きいと言える。かつこの微小突起９のＦ寸法の効果は極めて大きいので、Ｆを０．０１ｍｍ以上とすれば上金型８による加工荷重が３トンでも、飽和締結強度の約５０％を確保できることになる。なお当然の事ながら本実験は第２の実施形態における条件をも満足しているので、シャフト３の割れや変形の発生は皆無であった。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の第１の発明のスラスト動圧軸受装置の加工方法により、プレス加工の際にシャフトが大きく変形しない大きさとした微小突起に上型の荷重全てが加わって変形が始まるが、この微小突起の上型との当接部より外側がフランジの外周側への変形を防ぐ働きをするため、シャフトの塑性変形発生前の、過重が小さい段階で微小突起の変形が締結部側へ発生してシャフトとの締結力が発生し、また、フランジとシャフト段部を接触状態とし、かつ下型とフランジ下面との間に隙間を有している為、押圧加工時に下型とフランジ下面との間の隙間がゼロになって以降、シャフトに加重を作用させずにフランジとシャフトを締結できることとなり、押圧加工時に、フランジとシャフト段部との接触による位置規正効果によりシャフトの軸方向位置ズレを防止しつつ、フランジの圧縮変形に伴うシャフトの割れや必要以上の変形を防止することができ、品質の高いスラスト軸受装置を低コストで提供できることになる。
【００２２】
また第２の発明では、第１の発明において、微小突起の外周とフランジ内周間で決定される面積を、シャフト底面のハブ圧入部外周とディスク止めネジ穴間で決定される面積に対し同等以下となるよう設定して加工を行うものであるため、シャフトの割れや変形が発生する前に微小突起部の締結が可能となり、これにより、品質の高いスラスト軸受装置を低コストで提供できることになる。
【００２３】
更に第３、第４の発明では、シャフトに微小突起を設け、この高さを十分な締結力が得られる高さとすることで、品質の高いスラスト軸受装置を低コストで提供できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態における軸受形状とその加工方法を説明する断面図
【図２】  第１の実施形態におけるシャフト荷重の説明図
【図３】  第１の実施形態における隙間Ｙと締結強度の説明図
【図４】  第２の実施形態における軸受形状とその加工方法を説明する断面図
【図５】  第２の実施形態におけるシャフト荷重の説明図
【図６】  第３の実施形態における微小突起高さ寸法Ｆと締結強度の関係を示す説明図
【図７】  従来例の軸受形状とその加工方法を説明する断面図
【符号の説明】
１  フランジ
２  シャフト
３  締結部
４  下金型
５  穴
６  溝
７  外径拘束部
８  上金型
９  微小突起
【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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