JP3987464B2

JP3987464B2 - スラスト動圧軸受装置およびその加工方法

Info

Publication number: JP3987464B2
Application number: JP2003175024A
Authority: JP
Inventors: 力浜田; 英生峯
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2023-06-19
Also published as: JP2005009599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラスト動圧軸受装置およびその加工方法に関し、さらに、ハードディスク装置等に用いられる流体軸受装置を製造する際、プレス装置を用いてシャフトおよびフランジの締結とスラスト動圧溝加工とを行う加工方法に適したスラスト動圧軸受装置とその加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、流体軸受装置の製造の際に用いられるスラスト動圧溝加工の方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１で開示された流体軸受製造方法では、スラスト動圧溝加工を低加工荷重で行うための具体的な内容は開示されていない。したがって、従来の技術として、出願人が既に特許出願し、当該特許出願で開示されている技術内容を従来の技術として説明する。なお、図３は、従来のスラスト動圧軸受装置およびその加工方法を説明するための断面図である。
【０００３】
図３において、従来のスラスト動圧軸受装置は、フランジ２１およびシャフト２２を有している。フランジ２１は、平円板の中央部に同心の円孔が形成されている。シャフト２２は、その一方端面に直径Ｅ、高さＦの微小段差２３が形成されている。そして、上記一方端面にはさらにフランジ２１の上記円孔に貫装される締結部２４が形成されている。つまり、フランジ２１の円孔およびシャフト２２の締結部２４が互いに締結されて固設される（図３は、フランジ２１およびシャフト２２が締結される前の状態を示している）。
【０００４】
フランジ２１およびシャフト２２を締結するためのプレス加工装置には、下型２５および上型２９が設けられている。下型２５には、穴２６、溝２７ａ、および外径拘束部２８とが形成されている。穴２６は、プレス加工時にシャフト２２の外径および他方端面を保持する。溝２７ａは、フランジ２１の平円板面の一方面（シャフト２２側：紙面下方向の面）に対してスラスト動圧溝を加工するそれぞれの動圧溝に対応して、穴２６の開口部周辺の端面に形成されている。外径拘束部２８は、プレス加工時にフランジ２１の外径を拘束する内側面を形成しており、プレス加工時にフランジ２１の外方向への変形を規制することでフランジ２１およびシャフト２２の締結を促進する。上型２９のプレス面には、溝２７ｂが形成されている。溝２７ｂは、フランジ２１の平円板面の他方面（反シャフト２２側：紙面上方向の面）に対してスラスト動圧溝を加工するそれぞれの動圧溝に対応して形成されている。そして、下型２５の穴２６にシャフト２２を他方端面側からその外径に沿わせて設置し、締結部２４にフランジ２１の上記円孔を嵌めて、それらの上部から上型２９を図示Ｘ方向へ動かすことによりフランジ２１およびシャフト２２の締結とフランジ２１の両平円板面へのスラスト溝加工とが同時に可能となる。
【０００５】
なお、フランジ２１は、その平円板面の上記一方面（下面）が下型２５の溝２７ａ形成面に対して隙間Ｈだけ浮いた状態でセットされる。これは、プレス加工時のシャフト２２の変形に伴うシャフト２２の外周に囲まれる領域が縮むことによる、フランジ２１上面の溝加工の不均一を補うためである。また、締結部２４にフランジ２１の上記円孔を嵌めてセットした際、フランジ２１の円孔および締結部２４との間には隙間Ｙが形成される。
【０００６】
以上のように構成されるスラスト動圧軸受装置のプレス加工の動作について説明する。下型２５にフランジ２１およびシャフト２２がセットされた状態で、上型２９が図示Ｘ方向へ下降すると、微小段差２３およびフランジ２１の当接面が最も面積の小さいため、当該当接面に塑性変形が発生する。このとき、フランジ２１の変形は、外径Ｅより外周側の部位が当該フランジ２１の変形を妨げるため締結部２４側への変形量が多くなり、フランジ２１およびシャフト２２が締結される。例えば、隙間Ｙを０．０３ｍｍ以下に設定しておけばフランジ２１およびシャフト２２の締結が完了する。なお、一般的には、シャフト２２は焼き入れ品が用いられるので、フランジ２１は微小段差２３の高さＦをほぼ埋め尽くすよう変形する。さらに、上型２９を下降させると上型２９による荷重がフランジ２１を介してシャフト２２へ伝わるので、シャフト２２が隙間Ｈだけ弾性変形し下型２５の溝２７ａとフランジ２１とが当接する。さらに、上型２９が下降するとフランジ２１が圧縮変形され、その外径が外径拘束部２８に当接した後に外周拘束部２８に近い溝２７ａおよび２７ｂから順に中央方向へ向かってスラスト動圧溝が加工されていく。したがって、中央部のスラスト動圧溝をより低い加工荷重で加工するためには、隙間Ｈをシャフト２２が割れたり変形しない範囲でできるだけ高く設定し、フランジ２１への溝加工の不十分さを補う必要がある。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２０４２１０５号公報（第２頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の加工方法では、より深いスラスト加工動圧溝をフランジ２１に形成する場合、加工荷重が必然的に大きくなるので、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が発生したり、下型２５や上型２９が破損するという課題を有していた。
【０００９】
それ故に、本発明の目的は、このような従来の課題を解決するもので、より低い加工荷重でシャフトおよびフランジ２１の締結とスラスト動圧溝加工とを行う加工方法に適したスラスト動圧軸受装置およびその加工方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、以下に述べるような特徴を有している。
本発明のスラスト動圧軸受装置の加工方法は、上型および下型を用いて、シャフトおよびフランジを締結し、当該フランジにスラスト動圧溝を加工する。下型には、穴、外径拘束部、ストッパ面、および第１の溝が形成される。穴は、シャフトを一方端面から位置決めする。外径拘束部は、フランジの外径を拘束する。ストッパ面は、上型のストロークを設定する。第１の溝はストッパ面にフランジの一方面に対してスラスト動圧溝を形成するために設けられる。上型には、第２の溝が形成される。第２の溝は、フランジの他方面に対してスラスト動圧溝を形成するために設けられる。フランジは、その中央部に円孔が形成され、そのフランジの外周部に対してその円孔周辺が第１の溝の深さより高い中凸部を有している。シャフトは、その他方端面に、フランジの円孔と締結する締結部およびそのシャフトの外径より小さな外径を有し、フランジの一方面と接面するそのシャフト軸方向の段差が形成される。シャフトの締結部は、その締結部の軸方向長さがフランジの円孔の軸方向長さより短い。そして、下型にシャフトおよびフランジを所定状態にセットした後、上型をフランジの他方面からプレス加工することによって、シャフトおよびフランジの締結とそのフランジのスラスト動圧溝の加工とを行う。
【００１１】
上記本発明のスラスト動圧軸受装置の加工方法では、シャフトは、その外径より小さな径の段差を有しており、フランジは、上型に形成された第２の溝の深さより高い中凸部を有している。これによって、シャフト締結荷重の低減はフランジが段差で変形することで、溝加工荷重の低減はフランジの中凸部から溝加工を開始させることで、加工荷重を大幅に低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態におけるスラスト動圧軸受装置とその加工方法の断面図である。
【００１３】
図１において、スラスト動圧軸受装置は、フランジ１およびシャフト３を有している。フランジ１は、その中央部に中凸部２が形成された円板であり、当該中央部には同心の円孔が形成されている。なお、中凸部２は、フランジ１の外周部から上記円孔に向かって反シャフト３側（紙面上方向）にその板厚が漸増的に増加することによって形成されている。シャフト３は、その一方端面に直径Ｅ、高さＦの微小段差４が形成されている。そして、上記一方端面にはさらにフランジ１の上記円孔に貫装される締結部５が形成されている。つまり、フランジ１の円孔およびシャフト３の締結部５が互いに締結されて固設される（図１は、フランジ１およびシャフト３が締結される前の状態を示している）。
【００１４】
フランジ１およびシャフト３を締結するためのプレス加工装置には、下型６および上型１０が設けられている。下型６には、穴７、溝８ａ、および外径拘束部９とが形成されている。穴７は、プレス加工時にシャフト３の外径および他方端面を保持する。溝８ａは、フランジ１の円板面の一方面（シャフト３側：紙面下方向の面）に対してスラスト動圧溝を加工するそれぞれの動圧溝に対応して、穴７の開口部周辺の端面に形成されている。外径拘束部９は、プレス加工時にフランジ１の外径を拘束する内側面を形成しており、プレス加工時にフランジ１の外方向への変形を規制することでフランジ１およびシャフト３の締結を促進する。上型１０のプレス面には、溝８ｂが形成されている。溝８ｂは、フランジ１の円板面の他方面（反シャフト３側：紙面上方向の面）に対してスラスト動圧溝を加工するそれぞれの動圧溝に対応して形成されている。そして、下型６の穴７にシャフト３を他方端面側からその外径に沿わせて設置し、締結部５にフランジ１の上記円孔を嵌めて、それらの上部から上型１０を図示Ｘ方向へ動かすことによりフランジ１およびシャフト３の締結とフランジ１の両円板面へのスラスト溝加工とが同時に可能となる。
【００１５】
なお、フランジ１は、その円板面の上記一方面（下面）が下型６の溝８ａ形成面に対して隙間Ｈだけ浮いた状態でセットされる。これは、プレス加工時のシャフト３の変形に伴うシャフト３の外周に囲まれる領域が縮むことによる、フランジ１上面の溝加工の不均一を補うためである。また、締結部５にフランジ１の上記円孔を嵌めてセットした際、フランジ１の円孔および締結部５との間には隙間Ｙが形成される。
【００１６】
以上のように構成されるスラスト動圧軸受装置のプレス加工の動作について説明する。下型６にフランジ１およびシャフト３がセットされた状態で、上型１０が図示Ｘ方向へ下降すると、微小段差４およびフランジ１の当接面が最も面積の小さいため、当該当接面に塑性変形が発生する。このとき、フランジ１の変形は、外径Ｅより外周側の部位が当該フランジ１の変形を妨げるため締結部５側への変形量が多くなり、フランジ１およびシャフト３が締結される。例えば、隙間Ｙを０．０３ｍｍ以下に設定しておけば、スラスト動圧溝の加工が始まる前にフランジ１およびシャフト３の締結が完了する。
【００１７】
さらに、上型１０を下降させると上型１０による荷重がフランジ１を介してシャフト３へ伝わるので、シャフト３が隙間Ｈだけ弾性変形し下型６の溝８ａとフランジ１とが当接する。さらに、上型１０が下降するとフランジ１が圧縮変形されるが、同時にフランジ１の上型１０の対向面には溝８ａの深さより高い中凸部２が形成されているので、スラスト動圧溝が内周から外周側へ向かって順に形成されることになる。実験によると、中凸部２の高さがフランジ１の外周部に対して３０μｍの時、加工荷重が最小限にでき、少なくとも上型１０の溝８の深さより高い中凸部２を形成すると加工荷重の低減効果が得られる。以上より、隙間Ｈをむやみに大きくしなくてもスラスト動圧溝が低加工荷重で加工できるのでシャフト３の割れや変形が防止でき、同時に加工荷重過大に伴う下型６および上型１０の破損も防止できることとなる。
【００１８】
ここで、本加工後のフランジ加工精度が不十分な場合には、第２のプレス工程によりフランジ１の動圧溝加工面の厚さおよび平面度を矯正すればよい。
【００１９】
なお、本実施例では、中凸部２をフランジ１の外周部から上記円孔に向かって反シャフト３側にその板厚が漸増的に増加するように形成したが、シャフト３側にその板厚が漸増的に増加するように形成してもかまわない。また、両方向にその板厚が漸増的に増加するように形成しても同様の効果が得られる。さらに、フランジ１の上記円孔近傍に段差を設けて、当該円孔近傍の段差部の板厚を他の板厚に対して厚くする（図３参照）中凸形状にしてもかまわない。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明のスラスト動圧軸受装置およびその加工方法によれば、締結荷重および溝加工荷重とを同時に低減できるので、低コストで高品位のスラスト動圧軸受装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るスラスト動圧軸受装置およびその加工方法を説明するための断面図である。
【図２】本発明のスラスト動圧軸受装置およびその加工方法の他の例を説明するための断面図である。
【図３】従来のスラスト動圧軸受装置およびその加工方法を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１…フランジ
２…中凸部
３…シャフト
４…微小段差
５…締結部
６…下型
７…穴
８…溝
９…外径拘束部
１０…上型

Claims

上型および下型を用いて、シャフトおよびフランジを締結し、当該フランジにスラスト動圧溝を加工するスラスト動圧軸受装置の加工方法であって、
前記下型には、
前記シャフトを一方端面から位置決めする穴と、
前記フランジの外径を拘束する外径拘束部と、
前記上型のストロークを設定するストッパ面と、
前記ストッパ面に前記フランジの一方面に対して前記スラスト動圧溝を形成するための第１の溝と、が形成され、
前記上型には、前記フランジの他方面に対して前記スラスト動圧溝を形成するための第２の溝が形成され、
前記フランジは、その中央部に円孔が形成され、当該フランジの外周部に対して当該円孔周辺が前記第１の溝の深さより高い中凸部を有しており、
前記シャフトは、その他方端面に、前記フランジの円孔と締結する締結部および当該シャフトの外径より小さな外径を有し、前記フランジの一方面と接面する当該シャフト軸方向の段差が形成され、
前記シャフトの締結部は、当該締結部の軸方向長さが前記フランジの円孔の軸方向長さより短く、
前記下型に前記シャフトおよび前記フランジを所定状態にセットした後、前記上型を前記フランジの他方面からプレス加工することによって、前記シャフトおよび前記フランジの締結と当該フランジのスラスト動圧溝の加工とを行うことを特徴とする、加工方法。
請求項１に記載された加工方法によって製造されたことを特徴とする、スラスト動圧軸受装置。