(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受穴を有する被加工物を回転駆動させる回転スピンドルとチャックと、ＸＹ方向に摺動可能なステージを有し、このステージに前記被加工物の前記軸受穴の加工を施すバイトを有し前記バイトに前記回転スピンドルの回転軸に対し略直角方向に微振動を与える圧電素子を有し、前記軸受穴加工中に圧電素子に直線と略半円弧からなり、前記直線と前記略半円弧が円弧で滑らかに連結された略半正弦波形状の電圧を与える駆動回路を有する溝付き流体軸受加工装置。
【請求項２】
軸受穴にボールを挿入する押圧子と、このボールの挿入荷重を検出する検出手段を有する請求項１記載の溝付き流体軸受加工装置。
【請求項３】
スリーブの軸受穴に下穴を加工する工程と、圧電素子に対し、直線と略半円弧からなり、前記直線と前記略半円弧が円弧で滑らかに連結された略半正弦波形状の電圧を与えることによりバイトに微振動を与えながら前記下穴内面と動圧発生溝を同時に加工する工程と、前記内面にボールを挿入し、挿入荷重を測定する工程と、挿入荷重から内径寸法の大小を判定する工程とから成る溝付き流体軸受加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
近年、事務機器や民生機器に使われる軸受は高速、高精度化しており、動圧発生溝を有する溝付き流体軸受の必要性が高まっている。本発明は溝付き流体軸受を高精度に加工する溝付き流体軸受加工方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
以下図面を参照しながら、従来の溝付き流体軸受加工方法およびその装置の一例について説明する。図１３は従来、事務機器や民生機器に使われている軸受装置の断面図である。スリーブ３１Ａを有するフレーム３１は内周面に動圧発生溝３１Ｃを有する軸受穴３１Ｂを有し、この軸受穴３１Ｂにディスク３３を有する軸３２が回転自在に嵌め合わされている。この動圧発生溝３１Ｃを有するフレーム３１の従来の溝付き流体軸受加工方法及びその装置の構成を図１４〜図１７に示す。図１４において３１は被加工物となるフレームであり、回転自在なスピンドル３４に固定されたチャック３５に取り付けられている。３６は図中Ｘ，Ｙ方向に摺動自在なステージであり、バイト３７、溝加工用ボールまたは刃物３８Ａを複数個有している溝加工ツール３８、内径仕上げ加工用ローラ３９Ａを複数個有しているバニッシュツール３９を取り付けており、ステージ３６、バイト３７、溝加工ツール３８、バニッシュツール３９が一体になって、図示しないモータ等によりＸ，Ｙ方向に移動可能に構成されている。
【０００３】
以上のように構成された軸受内径加工装置について、以下その動作について説明する。図１４において、まずスピンドル３４がチャック３５と共に、被加工物であるフレーム３１を高速で回転駆動させる。そして、ステージ３６がＸ，Ｙ方向に移動して、ステージ３６に取り付けられた内径加工用バイト３７は、軸受穴３１Ｂの荒加工を行なう。この時図１５に示す内径Ｄ１は、所定の寸法に対して±５ミクロンメータ程度の精度に切削加工される。次に、スピンドルは、一旦停止し、ステージ３６がＸ，Ｙに移動して、溝加工ツール３８が軸受穴３１Ｂに挿入され、スピンドル３４は図中ＣＷ，ＣＣＷ方向にゆっくり回動し、内径に魚骨状の圧力溝３１Ｃを塑性加工または切削加工により形成する。次にステージ３６はＸ，Ｙ方向に移動し、バニッシュツール３９が軸受穴３１Ｂに挿入され、スピンドル３４はゆっくり回転を行なう。これにより、図１５（Ｃ）に示す内径Ｄ２は精度良く仕上げ加工され、±１ミクロンメータ程度の所定の寸法公差内に仕上げられ、加工は完了する。これらの加工工程を図１７に示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような構成では、次の様な問題点がある。即ちスリーブ３１Ａは益々、薄肉化が進んでいるが、薄肉になると、図１６において溝加工ツール３８での溝加工中およびバニッシュツール３９でのバニッシュ加工中にスリーブ３１Ａに加工応力が加わり、スリーブ３１Ａに座屈または、曲がりを生じる。また、バニッシュツール３９のローラ３９Ａの摩耗、傷の発生により軸受穴内径の所定精度が得られないことがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明の溝付き流体軸受加工方法は、スリーブの軸受穴に下穴を加工する工程と、圧電素子に対し、直線と略半円弧からなり、前記直線と前記略半円弧が円弧で滑らかに連結された略半正弦波形状の電圧を与えることによりバイトに微振動を与えながら前記下穴内面と動圧発生溝を同時に加工する工程と、前記内面にボールを挿入し、挿入荷重を測定する工程と、挿入荷重から内径寸法の大小を判定する工程とから成るものである。
【０００６】
また、本発明の溝付き流体軸受加工装置は軸受穴を有する被加工物を回転駆動させる回転スピンドルとチャックと、ＸＹ方向に摺動可能なステージを有し、このステージに前記被加工物の前記軸受穴の加工を施すバイトを有し前記バイトに前記回転スピンドルの回転軸に対し略直角方向に微振動を与える圧電素子を有し、前記軸受穴加工中に圧電素子に直線と略半円弧からなり、前記直線と前記略半円弧が円弧で滑らかに連結された略半正弦波形状の電圧を与える駆動回路を有するものである。
【０００８】
さらに、本発明の溝付き流体軸受加工装置は、上記構成において、軸受穴にボールを挿入する押圧子と、このボールの挿入荷重を検出する検出手段を有するものである。
【０００９】
本発明は、上記した構成によって、被加工物を回転させ、ステージをＸ，Ｙ方向に移動する事により、バイトで軸受穴を加工すると同時に、圧電素子に直線と略半円弧からなり、前記直線と前記略半円弧が円弧で滑らかに連結された略半正弦波形状の電圧を与えて伸縮させ、この伸縮で被加工物の内径に動圧発生溝を形成することにより、軸受け穴の断面が滑らかな曲面となるため、長寿命の軸受けが加工できるとともに、加工後ボールを軸受穴に圧入しこの時の荷重を検出し、この荷重の大小を内径寸法に換算することにより内径寸法を検査することが可能となるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下本発明の溝付き流体軸受加工方法及びその装置について、図１〜図１２を参照しながら説明する。図１〜図３は本発明の第１の実施の形態を示す。図１において１は被加工物となるフレームであり、回転駆動自在なスピンドル４に固定されたチャック５に取り付けられている。６は図中Ｘ，Ｙ方向に摺動自在なステージでありサブステージ８が取り付けられている。図２に示すようにサブステージ８にはバイト７を固定された並行バネ９が取り付けられている。バイト７は並行バネ９と共に圧電素子１０の伸縮により図中矢印△Ｓ方向に変位または、振動可能に構成されている。１１は駆動回路、１２はコンピュータ、１３は変位センサー、２２は第２バイトである。ステージ６、バイト７、サブステージ８、並行バネ９、圧電素子１０、変位センサー１３、第２バイト２２は図示しないモータ等の駆動手段により一体になって、Ｘ，Ｙ方向に移動可能に構成されている。
【００１１】
以上のように構成された溝付き流体軸受加工方法及びその装置の第１の実施形態について、以下その動作を説明する。図１においてまずスピンドル４がチャック５と共に、被加工物であるフレーム１を高速で回転駆動させる。そして、ステージ６がＸ，Ｙ方向に移動して、ステージ６に取り付けられたバイト７はフレーム１の軸受穴１Ｂの荒加工を行なう。この時図２に示すようにサブステージ８に取り付けられたバイト７は、駆動回路１１が発生する電圧の変化により圧電素子１０が伸縮させられ、これにより並行バネ９とともに△Ｓの変位または振動が与えられる。尚必要に応じこの変位△Ｓは変位センサー１３により検出され、ねらいの変位量に対して誤差が生じた時は、コンピュータ１２が指令を出し駆動回路の発生電圧を補正し正しい変位量が得られるようになっている。図３において被加工物であるスリーブ１Ａはスピンドル４により回転させられると共に、フレーム１の軸受穴１Ｂにバイト７が挿入され、軸受穴の内径が加工されるが、同時に、△Ｓの振動により動圧発生溝１Ｃが加工される。
【００１２】
本発明の加工装置によればスリーブ１Ａが薄肉でも、バイト７で軸受穴１Ｂの仕上げ加工と動圧発生溝１Ｃの加工を行なうため、スリーブ１Ａにはほとんど加工応力がかからないため、座屈や曲がりを起こさず軸受穴１Ｂの精度（真円度、円筒度）は良好に仕上がる。
【００１３】
つぎに本発明の第２の実施形態について図４〜図８にもとづき説明する。第２の実施形態の構成、動作は第１の実施形態の場合と同じである。以下に第１の実施形態との違いについてのみ説明する。図４は圧電素子１０の駆動回路１１が発生する電圧波形２３を示している。この電圧波形２３は、図３の動圧発生溝１Ｃのようにヘリングボーン形状の溝が加工できる様に工夫されている。即ち、図４の波形２３は直線部２３Ａと曲線部２３Ｂから成り即ち略半正弦波であり、またスピンドル４の１回転周期をＷ１，Ｗ２とすると、電圧波形２３の１周期ｔ１，ｔ２はＷ１，Ｗ２よりも、少し長くまたは短くなる様波形が決められている。
【００１４】
図３においてスピンドル４の回転Ｗとバイト７の送り速度が一定であるとすると、図３の記号Ｌ１の範囲ではｔ１，ｔ２はＷ１，Ｗ２より短く、Ｌ２の範囲ではｔ１，ｔ２はＷ１，Ｗ２より長くするよう波形を決めている。これによりスリーブ１Ａの軸受穴１Ｂに図５に示すヘリングボーン型動圧発生溝１Ｃが加工される。
【００１５】
次に図６は圧電素子１０の駆動回路１１が発生する別の電圧波形２４を示している。この波形においては、直線部２４Ａと、曲線部２４Ｂは、略円弧部２４Ｃでつながれ、これにより軸受穴１Ｂの断面は図７の様に滑らかな曲面となる。図８に示すとおり、図１３のような動圧溝付き流体軸受では、滑らかな円弧を有する軸受の方が寿命時間が約２倍長い事が実験的にわかっており、図６の電圧波形２４により、長寿命な軸受が加工できる。
【００１６】
図９〜図１２は本発明の溝付き流体軸受加工方法及びその装置の第３の実施形態を示している。図９において１は被加工物のフレームであり、回転駆動自在なスピンドル４に固定され、穴５Ａを有するチャック５に取り付けられている。６は図中Ｘ，Ｙ方向に摺動自在なステージでありサブステージ８が取り付けられ、サブステージ８にはバイト７を固定された並行バネ９が取り付けられている。バイト７は並行バネ９と共に圧電素子１０の伸縮により図中矢印△Ｓ方向に変位または、振動可能に構成されている。１１は駆動回路、１２はコンピュータ、１３は変位センサー、２２は第２バイトである。また１４は押圧子、１５はロードセル、１６はボール、１７はホッパー、１８はシュート、２０は回収器、２１は容器であり、６，７，８，９，１０，１３，１４，１５，２２は図示しないモータ等の駆動手段により一体になって、Ｘ，Ｙ方向に移動可能に構成されている。
【００１７】
以上のように構成された溝付き流体軸受加工方法及びその装置の第３の実施形態について、以下その動作を説明する。図９においてまずスピンドル４がチャック５と共に、被加工物であるフレーム１を高速で回転駆動させる。そして、ステージ６がＸ，Ｙ方向に移動して、ステージ６に取り付けられたバイト７はフレーム１の軸受穴１Ｂの荒加工を行なう。この時第１の実施形態と同様に図２に示すようにサブステージ８に取り付けられたバイト７は、駆動回路１１が発生する電圧の変化により圧電素子１０が伸縮させられ、これにより並行バネ９とともに△Ｓの変位または振動が与えられる。尚必要に応じこの変位△Ｓは変位センサー１３により検出され、ねらいの変位量に対して誤差が生じた時は、コンピュータ１２が指令を出し駆動回路の発生電圧を補正し正しい変位量が得られるようになっている。図３において被加工物であるスリーブ１Ａはスピンドル４により回転させられると共に、スリーブ１Ａの軸受穴１Ｂにバイト７が挿入され、軸受穴１Ｂの内面が加工されるが、同時に、△Ｓの振動により動圧発生溝１Ｃが加工される。このように加工が完了すると、図９のスピンドル４は停止し、図１０に示すように、ホッパー１７から供給されたボール１６は、軸受穴１Ｂよりも僅かに数ミクロンメータ大きい直径であるが、これを押圧子１４が被加工物であるフレーム１の軸受穴１Ｂに押し通しこの時の抵抗荷重をロードセル１５等の荷重検出手段が検出し、コンピュータ１２はこの検出荷重から演算により、軸受穴１Ｂの内径寸法を求める。またボール１６と軸受穴１Ｂの径差は僅かであり、スリーブは弾性限度内の小さな応力を受けるが永久変形する事は無い。その後ボール１６は図１１に示すようにノズル１９から吐出される空気により、チャック５の穴５Ａを通して回収器２０から容器２１に回収される。そしてコンピュータ１２が求めた内径と所定の内径との間に誤差が有る場合は、必要に応じ駆動回路１１の発生電圧に補正をかけられ、仕上がりの内径は、微妙に制御がかけられる。図１２は本実施形態における加工方法を示す図である。
【００１８】
本実施形態の溝付き流体軸受加工装置によればスリーブ１Ａが薄肉でも、バイト７で軸受穴１Ｂの仕上げ加工と動圧発生溝１Ｃの加工を行なうため、スリーブ１Ａにはほとんど加工応力がかからず、軸受穴１Ｂは曲がりが生じないため精度（真円度、円筒度）が良好に仕上がる。
【００１９】
尚、図１０においてボール１６は複数個あり、順次ホッパー１７から供給される場合について説明したが、ボール１６は１個であり、押圧子１４に固定され一体に設けられ、繰り返し使用されても良い。この場合、ホッパー１７、シュート１８、穴５Ａ、ノズル１９、回収器２０、容器２１は不要である。
【００２０】
尚、軸受穴１Ｂの荒加工は、バイト７だけによらずとも、第２のバイト２２により加工しても良い。
【００２１】
尚サブステージ８はステージ６と一体であっても同じである。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように本発明の溝付き流体軸受加工方法及びその装置は、バイトでスリーブの軸受穴内面の仕上げ加工および動圧発生溝を加工するので薄肉のスリーブでも応力をかけずに加工するため、座屈や変形がなく高精度に加工が行えるとともに、圧電素子に直線と略半円弧からなり、前記直線と前記略半円弧が円弧で滑らかに連結された略半正弦波形状の電圧を与えて伸縮させ、この伸縮で被加工物の内径に動圧発生溝を形成することにより、軸受け穴の断面が滑らかな曲面となるため、長寿命の軸受けが加工できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の溝付き流体軸受加工装置の構成図
【図２】図１に示す第１実施形態の詳細図
【図３】本発明の第１実施形態における加工説明図
【図４】本発明の第２実施形態における圧電素子駆動電圧波形の図
【図５】本発明の第２実施形態における軸受穴断面図
【図６】本発明の第２実施形態における圧電素子駆動電圧波形の図
【図７】本発明の第２実施形態における軸受穴断面図
【図８】流体軸受の寿命の説明図
【図９】本発明の第３実施形態における溝付き流体軸受加工装置の構成図
【図１０】図９に示す第３実施形態におけるボール挿通の状態を示す詳細図
【図１１】第３実施形態におけるボール挿通の状態を示す詳細図
【図１２】本発明の第１〜第３の実施形態における溝付き流体軸受加工方法を示す工程図
【図１３】溝付き流体軸受の概略断面図
【図１４】従来の溝付き流体軸受の加工装置の構成図
【図１５】従来の溝付き流体軸受加工方法の工程説明図
【図１６】従来の溝付き流体軸受加工方法の説明図
【図１７】従来の加工方法工程図
【符号の説明】
１  フレーム
１Ａ  スリーブ
１Ｂ  軸受穴
１Ｃ  動圧発生溝
４  スピンドル
５  チャック
６  ステージ
７  バイト
８  サブステージ
９  並行バネ
１０  圧電素子
１１  駆動回路
１２  コンピュータ
１３  変位センサー
１４  押圧子
１５  ロードセル
１６  ボール
１７  ホッパー
１８  シュート
１９  ノズル
２０  回収器
２１  容器
２２  第２バイト
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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