JP4340855B2

JP4340855B2 - 動圧発生用溝の製造方法

Info

Publication number: JP4340855B2
Application number: JP2003116659A
Authority: JP
Inventors: 康人友近; 武則小村; 高橋　　毅; 健治荻本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP2004324684A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸にフランジ部を一体的に形成した軸部材と、これら軸部とフランジ部との間に僅かな隙間を設けたスリーブと、より成る動圧軸受において、前記フランジ表面に塑性加工により動圧発生用溝を形成する際の動圧発生用溝の製造方法、特に、引き抜き材を用いた軸部材のフランジ部とスリーブアキシャル面との間の隙間を殆ど均一とすることのできる動圧発生用溝の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動圧軸受として使用される軸部とフランジ部とを一体形成した軸部材は、旋削加工した後、フランジ部表面に形成する動圧発生用溝をプレス等により塑性加工して形成する場合がある。例えば、スピンドルモータには、動圧軸受が使用されることがあるが、この場合、回転軸に形成する円盤状軸受部材の表面の動圧軸受は、プレス加工によって製作される（特許文献１）。また、プレス加工等の塑性変形で動圧発生用溝を加工するとき、フランジ部の内側周囲を外側より一段低く形成し、外側周囲に動圧発生用溝を形成して加工時内側周囲が盛り上がるのを防止する製造方法も提案されている（特許文献２）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−３３８１２５
【特許文献２】
特開平８−２１０３４５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
プレス加工等の塑性加工で動圧発生用溝を形成する加工方法は、銅合金等の軟質材に対しては有効であるが、ステンレス鋼等のような硬質材でフランジ部の上下面に同一形状を安定的に形成するのは困難である。特に、冷間引き抜き加工材に塑性加工を施して安定的に動圧発生用溝を形成するのは難しい。
即ち、図８に示すように、冷間引き抜き加工材（以下、単に引き抜き材とする）から取り出した軸部２とフランジ部３とより成る軸部材１のフランジ部３の表面３ａ，３ｂにプレス加工等の塑性加工を施して動圧発生用溝を形成しても、これら軸部材１とスリーブとで形成された動圧軸受に適切な動圧が得られなくなるという現象があった。その原因は、引き抜き材に残留応力が存在しているため、旋削加工後に設計どおりプレス加工（塑性加工）しても（図９）、動圧発生溝４を形成した後フランジ部３が変形し（図１０参照、この逆方向の変形もあり得る）、スリーブ６との間の隙間５が設計どおりの正確な状態でなくなる（図１１参照）ことが大きな原因であると考えられる。尚、残留応力が存在する場合、これを除去するため焼鈍による方法も考えられる。しかし、焼鈍によると、材料が柔らかくなりすぎてプレス加工のような塑性加工による動圧発生用溝の形成は不可能である。また、スリーブ内周面やスラスト板等に動圧発生用溝を加工するのは煩雑でコストがかかり、安定的に同一の溝を形成するのは難しい。
【０００５】
この発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、引き抜き材を使用し内部に残留応力が存在し、動圧発生用溝を形成するための塑性加工後でも軸部とフランジ部とを一体とした軸部材とスリーブ内周面との間の隙間が意図したとおりの状態となる動圧軸受を得ることのできる動圧発生用溝の製造方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、この発明は上記する課題を提供するために、請求項１に記載の発明は、軸部とフランジ部とを形成した軸部材と、これら軸部とフランジ部との間に隙間を設けて該軸部材を嵌め入れたスリーブと、で構成される動圧軸受の前記フランジ部の表面に動圧発生用溝を塑性加工により形成する動圧発生用溝の製造方法において、
引き抜き方向の判明している引き抜き材から旋削加工により前記軸部材を形成するに際し、先ず寸法通りの軸部材を引き抜き材の引き抜き方向に沿って軸部を平行にして、軸部やフランジ部を切削加工して取り出し、
前記フランジ部の表面に動圧発生用溝を形成して該フランジ部の軸部の軸方向に直角な方向に対する傾斜角度、或いは、該フランジ部における中心側端部と外周端部との軸方向の位置の差を測定し、次にこの測定値をフィードバックして引き抜き材から軸部材を取り出し、フランジ部に塑性加工を施すことを特徴とするものである。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、前記フランジ部は、内径部から外径部にかけて肉厚が薄くなるように形成したものであることを特徴とするものである。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、前記フランジ部は、内径部から外径部にかけて肉厚が厚くなるように形成したものであることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の動圧発生用溝（以下、動圧溝とする）の製造方法を実施するに際して軸部材を取り出す前の引き抜き材を示す。この場合、引き抜き材Ｗは、先を細くした穴をもつダイス（工具）を通して素材を引き抜き、その断面積を減少させて製作したものである。この実施の形態では該引き抜き材Ｗを旋削加工を施して、Ｔ字形の軸部材１を取り出す。この軸部材１は、軸部２とフランジ部３とよりなるが、該フランジ部３の両面に、ヘリングボーン形やＶ字形或いは一部螺旋形の動圧溝をプレス加工（塑性加工）により形成する。
【００１０】
前記軸部材１のフランジ部３に動圧溝を形成するに際しては、先ず、図１に示すように、引き抜き材Ｗの表面に、目安として多数の細かい横線Ｘ，Ｘ，・・・と、縦線Ｙ，Ｙ，・・・を入れておき、これらの横線Ｘ，Ｘ，・・や縦線Ｙ，Ｙ，・・に沿って平行に軸部２やフランジ部３を旋削加工して図８に示したのと同様の軸部材１を形成する。これらのＸ，・・、Ｙ，・・は、後述するように、一旦、旋削加工して軸部材１を取り出しプレス加工（塑性加工）した後、図１０に示すように、のフランジ部の傾斜角度α或いは、軸２に対して直角方向と外周端部における高さの差ｄ（フランジ部３における下側面３ｂの中心側端部３ｃと外周端部３ｄとの軸方向の位置の差）を測定し、その数値をフィードバックして改めて旋削加工後プレス加工して正確な軸部材１を取り出すための目安とする。
【００１１】
次に、フランジ部３の両面に図９に示すように、プレス加工により動圧溝４，，４を形成した状態の軸部材１を製作する。この場合、前記軸部材１は、元の材料の引き抜き材Ｗ内に残留応力が生じているため、当初の図８に示す設計図通りの寸法とはならず、図１０に示すように、若干フランジ部３はある程度の角度（α）傾斜した状態となる。従って、予め動圧溝を形成する場合、プレス加工してこのようにフランジ部３がα傾斜することが判っていれば、この傾斜角度αをフィードバックして、図２に示すように、図１においてＴ字形の軸部材１を取り出すとき、逆方向にこの角度（α）分傾斜した状態で旋削加工してプレス加工すれば、加工後のフランジ部３は、図３（Ａ）に示すように、正確な状態の軸部材１とすることができる。従って、図３（Ｂ）に示すように、その表面に動圧溝４を形成したフランジ部３とスリーブ６との間の隙間５は、適正な隙間となる。
【００１２】
上記するように、フランジ部３の傾斜角度αは、通常、微小な角度であり、正確な角度が測定できない場合は、軸２に対して直角方向と外周端部における高さの差ｄ（フランジ部３における下側面３ｂの中心側端部３ｃと外周端部３ｄとの軸方向の位置の差）を測定し、その数値をフィードバックしても良い。
【００１３】
尚、正確な軸部材１を形成するにあたっては、元の引き抜き材Ｗの素材の種類（例えば、ステンレス鋼、炭素鋼等）、引き抜き方向及び素材メーカー等が明確になっていなければならない。蓋し、そのような素材情報が明確でないと、引き抜き後の内部の残留応力の状態（大きさや方向）旋削加工時の旋削方向が判らず、その都度、プレス加工後の変形状態を調査して旋削加工とプレス加工を繰り返さなければ正確な加工が出来ないからである。
【００１４】
次に、軸部材１に形成されるフランジ部３の上下面に傾斜を設ける場合について説明する。先ず、引き抜き材Ｗから旋削加工により軸部材１を取り出して、フランジ部３の内径部から外径部（外周端部）にかけて肉厚が薄くなるように形成する場合（第２の実施の形態）について説明する。
引き抜き材Ｗから旋削加工により軸部材１を取り出して、フランジ部３の内径部から外径部（外周端部）にかけて肉厚が薄くなるように形成する場合、前記軸部材１の上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と上下の外周端部の上下の軸２に対して直角方向に対するそれぞれの高さの差を、図４（Ａ）に示すように、ｈ，ｈとしてプレス加工すると、該軸部材１の内部には残留応力が生じているため、当初の設計予定通りの（ｈ，ｈ）とはならず、図４（Ｂ）に示すように、ｈ₁、ｈ₂で且つｈ₁＜ｈ₂となる。即ち、上側面３ａと下側面３ｂとは内部の残留応力の分布状態が異なっているので同一とはならない。
【００１５】
次に、図５（Ａ）に示すように、引き抜き材Ｗから旋削加工により軸部材１を取り出すとき、上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と外周端部のそれぞれのフランジ部３の上下の軸２に対して直角方向に対する高さの差を、ｈ₁、ｈ₂とし且つｈ₁＞ｈ₂となるようにする。そして、この状態でプレス加工により動圧溝４，４を形成すると、図５（Ｂ）に示すように、動圧溝４，４を形成した後のフランジ部３の上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と外周端部のそれぞれの上下の軸２に対する直角方向に対する高さの差は、ほぼ同じｈ、ｈとなる。
【００１６】
上記するように、プレス加工のような塑性加工をしてみてフランジ部３の上下面３ａ、３ｂの端部の軸２に対して直角方向に対する高さの差がｈ₁、ｈ₂で且つｈ₁＜ｈ₂となることが判れば、図１において、Ｔ字形の軸部材１を取り出すとき、これらの高さの差（ｈ₁，ｈ₂）をフィードバックして、図５（Ａ）に示すよう逆方向に、予め高さの差を設けて旋削加工する。即ち、軸部材１を旋削加工して取り出すとき、上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と外周端部のそれぞれの高さをｈ₁，ｈ₂とし且つｈ₁＞ｈ₂とすれば、図５（Ｂ）に示すように、プレス加工後のフランジ部３の上下面３ａ、３ｂのの肉厚部と外周端部のそれぞれの軸２に対して直角方向に対する高さの差がほぼｈ、ｈとなる軸部材１を得ることができる。
【００１７】
次に、軸側材１に形成されるフランジ部３に傾斜を設ける場合であって、フランジ部３の上下面３ａ，３ｂは、内径部から外径部（外周端部）にかけて肉厚が厚くなるように形成する場合（第３の実施の形態）について説明する。
引き抜き材Ｗから旋削加工により軸部材１を取り出して、フランジ部３の内径部から外径部（外周端部）にかけて肉厚が厚くなるように形成する場合、前記軸部材１の上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と外周端部のそれぞれの高さを差を図６（Ａ）に示すように、ｊ，ｊとしてプレス加工すると、該軸部材１の内部には残留応力が生じているため、この場合も当初の設計予定通りの（ｊ，ｊ）とはならず、図６（Ｂ）に示すように、若干フランジ部３の上下の軸２に対して直角方向に対する高さの差は、ｊ₁，ｊ₂で且つｊ₁＜ｊ₂となる。即ち、上側面と下側面とは残留応力の分布状態が異なっているので同一とはならない。
【００１８】
次に、引き抜き材Ｗから旋削加工により軸部材１を取り出すとき、上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と外周端部のそれぞれのフランジ部３の上下の軸２に対して直角方向に対する高さの差を、ｊ₁、ｊ₂とし且つｊ₁＞ｊ₂となるようにする。そして、この状態でプレス加工により動圧溝４，４を形成すると、図７（Ｂ）に示すように、動圧溝４，４を形成した後のフランジ部３の上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と外周端部のそれぞれの上下の軸２に対する直角方向に対する高さの差は、ほぼ同じｊ、ｊとなる。
【００１９】
従って、この場合も塑性加工してみてフランジ部３の上下面３ａ、３ｂの端部の軸２に対して直角方向に対する高さの差がｊ₁，ｊ₂となることが判れば、図１において、Ｔ字形の軸部材１を取り出すとき、これらの高さの差（ｊ₁，ｊ₂）をフィードバックして、図７（Ａ）に示すよう逆方向に、予め高さの差を設ければ良い。即ち、軸部材１を旋削加工して取り出すとき、上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と外周端部のそれぞれの高さがｊ₁，ｊ₂て且つｊ₁＞ｊ₂とすれば、図７（Ｂ）に示すように、プレス加工後のフランジ部３の上下面３ａ、３ｂのの肉厚部と外周端部のそれぞれの軸２に対して直角方向に対する高さの差がほぼｊ、ｊとなる軸部材１を得ることができる。
【００２０】
本発明の実施の形態においては、軸部材１がＴ字形の場合について説明したが、勿論、軸部２の途中の周囲にフランジ部３を形成した軸部材であっても良い。
また、フランジ部３の上面３ａのみ或いは下面３ｂのみに傾斜を設けたり、動圧発生用溝４を形成する場合にも適用することができる。更に、Ｔ字形の軸部材１では、図に示すように、Ｔ字形の頂点中央部には、凹部３ｃを形成してあるが、この頂点中央部が面一の水平の平面状態であっても良い。
【００２１】
表１は、本発明の動圧発生用溝の製造方法において、特に、第３の実施の形態において、実際に引き抜き材Ｗ（ステンレス材）から旋削加工により軸部２とフランジ部３とより成る軸部材１を取り出し、軸部材１の上側面３ａと下側面３ｂの肉厚部と外周端部のそれぞれの高さを差を図６（Ａ）に示すように、プレス加工前にｊ₁，ｊ₂の値をそれぞれ３回製作し、プレス加工後の値を測定した結果を示す表である。
【表１】

この表１に示すように、引き抜き材から旋削加工により取り出した軸部材１は、その残留応力の影響を考慮して、フィードバックしてフランジ部３を形成すれば、軸部２とフランジ部３とがほぼ正確な直角度を有する軸部材１とすることができることが判明した。
【００２２】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の動圧発生用溝の製造方法によれば、ステンレス鋼や炭素鋼等の引き抜き材を使用する場合、内部に残留応力が存在してプレス加工のような塑性加工により動圧発生用溝を加工した後の軸とフランジ部とを一体とした軸部材とスリーブ内周面との間の隙間が意図したとおりの正確な動圧軸受を得ることができる。また、本発明の製造方法によれば、スリーブやスラスト板等に動圧発生用溝の煩雑な加工が不要となる。更に、軸に設けたフランジ部の上下両面に同時に同じ動圧発生用溝を加工することができるので工程数を低減することができる。また、軸に設けたフランジ部の上下両面に動圧発生用溝を加工する場合、同じ形状の動圧発生用溝が安定的に得られるので、組立完了後の精度が良くなり、不良品発生率も低下しその分製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動圧発生用溝の製造方法を実施するに際して軸部材を取り出す前の冷間引き抜き加工材を示す図である。
【図２】Ｔ字形の軸部材を取り出すとき、予めプレス加工した結果を考慮して逆方向に生じた歪の角度分傾斜した状態で旋削加工した軸部材を示す図である。
【図３】図３（Ａ）は、予めプレス加工した結果を考慮して逆方向に生じた歪の角度分傾斜した状態で旋削加工した軸部材をプレス加工した状態の軸部材を示す図であり、図３（Ｂ）は、この軸部材をスリーブに嵌め入れた状態の断面図である。
【図４】引き抜き材から取り出した軸部材のフランジ部の内径部から外径部（外周端部）にかけて肉厚が薄くなるように形成する場合であって、図４（Ａ）は、プレス加工前の状態を示す一部断面図であり、図４（Ｂ）は、付パス加工後の状態を示す一部断面図である。
【図５】引き抜き材から取り出した軸部材のフランジ部の内径部から外径部（外周端部）にかけて肉厚が薄くなるように形成する場合であって、図５（Ａ）は、プレス加工前の状態を示す一部断面図であり、図５（Ｂ）は、プレス加工後の状態を示す一部断面図である。
【図６】引き抜き材から取り出した軸部材のフランジ部の内径部から外径部（外周端部）にかけて肉厚が厚くなるように形成する場合であって、図６（Ａ）は、プレス加工前の状態を示す一部断面図であり、図６（Ｂ）は、付パス加工後の状態を示す一部断面図である。
【図７】引き抜き材から取り出した軸部材のフランジ部の内径部から外径部（外周端部）にかけて肉厚が厚くなるように形成する場合であって、図７（Ａ）は、プレス加工前の状態を示す一部断面図であり、図７（Ｂ）は、プレス加工後の状態を示す一部断面図である。
【図８】冷間引き抜き加工材から旋削加工により取り出した軸部とフランジ部からなるＴ字形の軸部材を示す図である。
【図９】冷間引き抜き加工材から旋削加工により取り出した軸部材のフランジ部に動圧発生用溝を形成するためのプレス加工する状態を示す図である。
【図１０】冷間引き抜き加工材から旋削加工により取り出した軸部材のフランジ部に動圧発生用溝を形成するためプレス加工した状態を示す図である。
【図１１】冷間引き抜き加工材から旋削加工により取り出した軸部材のフランジ部に動圧発生用溝を形成した後この軸部材をスリーブに嵌め入れた状態の動圧軸受の断面図を示す図である。
【符号の説明】
１軸部材
２軸部
３フランジ部
４動圧発生用溝

Claims

軸部とフランジ部とを形成した軸部材と、これら軸部とフランジ部との間に隙間を設けて該軸部材を嵌め入れたスリーブと、で構成される動圧軸受の前記フランジ部の表面に動圧発生用溝を塑性加工により形成する動圧発生用溝の製造方法において、
引き抜き方向の判明している引き抜き材から旋削加工により前記軸部材を形成するに際し、先ず寸法通りの軸部材を引き抜き材の引き抜き方向に沿って軸部を平行にして、軸部やフランジ部を切削加工して取り出し、
前記フランジ部の表面に動圧発生用溝を形成して該フランジ部の軸部の軸方向に直角な方向に対する傾斜角度、或いは、該フランジ部における中心側端部と外周端部との軸方向の位置の差を測定し、次にこの測定値をフィードバックして引き抜き材から軸部材を取り出し、フランジ部に塑性加工を施すことを特徴とする動圧発生用溝の製造方法。
前記フランジ部は、内径部から外径部にかけて肉厚が薄くなるように形成したものである請求項１に記載の動圧発生用溝の製造方法。
前記フランジ部は、内径部から外径部にかけて肉厚が厚くなるように形成したものである請求項１に記載の動圧発生用溝の製造方法。