JP4369583B2 - Micro-groove machining method and fluid dynamic pressure bearing manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小溝加工方法及び流体動圧軸受の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、流体動圧軸受の如く、円柱状の部材の円周軸受面や円板状の部材の平面軸受部に数百〜数十ミクロンオーダーの微小な溝を形成することがしばしば要求される。
【0003】
このような微小溝の一般的形成方法として、従来から、金属の塑性変形を利用した転造、化学エッチング、電解エッチングなどの方法が用いられて来た。
【0004】
この内、特に電解エッチングを用いた微小溝の加工方法は、高速にて溝形成が可能であること、加工面が滑らかで高品質の加工が可能であること、エッチング液が人体に安全な中性塩を用いることができ安全性に優れていることなどから近年特に注目を集めてきている。
【0005】
例えば、特開平9−192932号公報には、所定の微小溝形状が電解加工される被加工物と、当該被加工物に加工される微小溝形状に対応した微小溝形状の電極露出部を有する電極工具と、を互いに近接して対向配置するとともに、これら被加工物及び電極工具を電極加工用電源の負極及び正極にそれぞれ接続し、電極工具と被加工物との間に所定の電解液を流動させながら通電することによって上記被加工物を前記微小溝形状に対応して溶出させ微小溝の電解加工を行う場合に、上記電極工具及び被加工物を所定の加工間隙をもって相対的に不動状態に固定するとともに、前記電極加工用電源から所定の時間間隔でパルス状電圧を出力し、当該電解加工用電源から与えられた総電気量を制御することによって、被加工物における微小溝形状の電解加工量を制御し、これによって、電解微小溝加工を行う方法が開示されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電解エッチング方法にあっては、加工する溝幅が、主に溝パターンに対応した電極形状を有する加工電極と被加工物との距離によって制限され、溝幅200μm以下の動圧溝を加工する場合は上記距離を500μm以下、好ましくは200〜300μm程度に狭めなければならず、電解液の流量管理と前記距離の管理が困難となり大量生産を行うことは困難であった。
【0007】
すなわち、図4に示すように、加工電極101と被加工物102とを対向させ、加工電極101の周囲には絶縁材103を配置し、加工間隙104に電解液105を介在させて被加工物102に加工電極101の形状に相応した微小溝102Aを形成しようとする場合、加工間隙104の幅dが大きいと加工電極101の幅W1よりも加工溝の幅W2の方が大きくなってしまう傾向を有する。この拡りは幅dを小さくすることによって抑えることが可能であるが、幅dを小さくすると加工間隙104における電解液105の円滑な流れが確保できなくなって加工能率が低下したり、加工が不安定になったりするため、幅dの値をある程度大きくせざるを得ず、上述の問題を生じるのである。
【0008】
本発明の目的は、したがって、従来技術における上述の問題点を解決することができるようにした、微小溝加工方法及び流体動圧軸受の製造方法を提案することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、被加工物の表面に溝パターンを形成するための加工方法であって、前記被加工物の表面に皮膜を形成し固定する工程と、レーザ光によって前記皮膜の前記溝パターンに対応する部分を除去する工程と、前記被加工物に加工用電極を対向させ、前記被加工物と前記加工用電極との間の加工間隙に電解液を介在させてパルス電圧を印加し、前記被加工物の加工面をエッチングする工程と、前記皮膜を除去する工程とを備えて成る加工方法が提案される。
【0010】
本発明によれば、また、流体動圧軸受部材の軸受面に動圧溝を形成するための流体動圧軸受の製造方法であって、前記軸受面に皮膜を形成し固定する工程と、レーザ光によって前記皮膜の前記動圧溝に対応する部分を除去する工程と、前記軸受面に加工用電極を対向させ前記軸受面と前記加工用電極との間の加工間隙に電解液を介在させてパルス電圧を印加し前記軸受面をエッチングする工程と、前記皮膜を除去する工程とを備えて成る流体動圧軸受の製造方法が提案される。
【0011】
上記皮膜は、昇華性色素を含有する有機皮膜とすることもできる。
【0012】
前記エッチングする工程において、前記加工間隙において前記電解液を流動させる構成とし、これにより加工速度を高めるようにすることもできる。
【0013】
上述した構成によれば、所定の溝に対応してパターニングされた皮膜によって溝を形成すべき部分のみが電解液と接触するようにしてパルス電圧の印加を行うので、エッチングにより寸法精度の高い溝の形成が可能となる。このため、加工間隙幅は広くてもよく、従って電解液を強制的に流す必要がなく装置の構成を簡単にすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明の方法によりステンレス鋼材である被加工物1の表面1Aに微小溝加工を施す場合の一実施形態を説明するための図である。
【0016】
先ず、被加工物1の表面1Aに昇華性色素を含有した有機バインダーを適宜の厚さにスプレー塗布し、塗布後乾燥させることによりレジスト層2を形成する。しかる後、レジスト層2に所要の微小溝の形状に応じたパターニングを施し、レジスト層2にこの微小溝に相応した窓2Aを設ける。
【0017】
しかる後、表面1Aにパターニングされたレジスト層2を設けた被加工物1に加工用電極3を対向させ、加工用電極3の平坦面3Aと表面1Aとが平行状態となるようにして加工間隙4を形成する。そして、加工間隙4にNaCl溶液の如き適宜の電解液5を介在させて加工間隙4にパルス電圧発生器6からパルス電圧を繰り返し印加し、加工間隙4に加工用パルス電流を間歇的に流す。この場合、被加工物1が正で加工用電極3が負となる極性でパルス電圧を印加する。
【0018】
この結果、加工間隙4には、被加工物1から加工用電極3に向けて加工用パルス電流が電解液5中を流れ、これによる電解作用でレジスト層2に形成された窓2Aによって定められる形状に従う微小溝1Bが被加工物1の表面1Aに形成される。
【0019】
このように、この方法によれば、加工用電極3側に加工しようとする溝パターンを形成する必要がなく、加工用電極3側には平坦面3Aのみを形成すればよいので、加工用電極3の形成が簡単である。また、被加工物1に形成される微小溝1Bの形状はレジスト層2のパターニングにより形成される窓2Aによって略定められるので、加工間隙4の幅が拡がったとしてもこれによる溝加工の寸法精度への影響は小さく、所要の寸法形状の微小溝1Bを精度よく形成できる。したがって、加工間隙4の幅を広くすることができるので、加工間隙4における電解液5の流量管理が極めて容易となる。
【0020】
また、加工間隙4の幅を広くすることができるので、加工間隙4においてポンプ等を使用して電解液5を強制的に流動させる場合の圧力を低減させることができ、所要の加工を円滑に行うことができる。
【0021】
図1では、表面1A及び平坦面3Aがいずれも平面であったが、本発明の方法はこれに限定されず、被加工物1の表面1Aが曲面である場合にも同様にして適用できる。この場合には、加工用電極3の平坦面3Aを表面1Aに相応した曲面とすればよい。
【0022】
図2は、本発明を用いた流体動圧軸受の製造方法の実施の形態の一例を説明するための工程の一部を示す工程図である。図2の(A)を参照すると、流体動圧軸受を製造するための被加工材である円柱状のステンレス鋼材11を用意し、ステンレス鋼材11の外周面11Aを充分に洗浄する。
【0023】
次に、図2の(B)に示すように、ステンレス鋼材11の外周面11A上に昇華性色素を含有した有機バインダーを約10μmの厚さにスプレー塗布し、塗布後これを乾燥させることによりレジスト層12を形成する。
【0024】
そして、図2の(C)に示すように、レジスト層12の形成されたステンレス鋼材11を適宜の回転装置13により矢印X方向に回転させながら、この回転に同期して炭酸ガスレーザ装置14からのレーザ光14Aをレジスト層12上で回転軸方向に沿って走査することにより、動圧溝パターンに対応する部分の昇華性色素を除去するパターニングを行う。ここで、色素の昇華効率をよくするためにステンレス鋼材11を例えば80〜100°C程度に加熱した状態でレジスト層12のパターニングを行うのが好ましい。
【0025】
この結果、レジスト層12のうち所要の動圧溝に相応する部分が除去され、レジスト層12に動圧溝パターン15が形成された状態となる(図1の(D))。
【0026】
このパターニング工程の終了後、図2の(D)に示した状態のステンレス鋼材11に加工用電極を対向させ、ステンレス鋼材11とこの加工用電極との間に形成される加工間隙にNaClの如き電解液を介在させてパルス電圧を印加し、ステンレス鋼材11の外周面11Aのエッチングを動圧溝パターン15を介して行い、これにより動圧溝パターン15に相応した形状の動圧溝をステンレス鋼材11の外周面11Aに形成するのである。
【0027】
図3は、図2に示した一連の工程によって得られた同図(D)に示す状態のステンレス鋼材11を電解エッチングするための電解加工装置が示されている。
【0028】
電解加工装置20は、電解液21が満たされている加工タンク22を有しており、加工タンク22内に設けられている円筒状の加工用電極23内に被加工物1がセットされている。加工用電極23は内周面23Aが円筒平滑面となっており、ステンレス鋼材11の外周面11Aに形成されたレジスト層12の外周面12Aは内周面23Aに囲まれ、且つステンレス鋼材11の外周面11Aと内周面23Aとの間に形成される加工間隙Gの間隙幅Wが全周に亘って均一となるよう、図示しない固定用治具を用いてステンレス鋼材11が加工用電極23内に同軸配置されている。
【0029】
ステンレス鋼材11及び加工用電極23はいずれも電解液21内に浸漬されているので、加工間隙G内も電解液21によって満たされている。
【0030】
加工間隙Gに加工のために必要な加工用パルス電圧を与えるため、直流電源24がスイッチ25を介して図3の如く電気的に接続されている。すなわち、直流電源24の負極は加工用電極23に直接接続され、直流電源24の正極はステンレス鋼材11にスイッチ25を介して接続されている。
【0031】
スイッチ25を周期的にオン、オフ動作させるため、オン/オフコントローラ26が設けられており、オン/オフコントローラ26からのオン/オフ制御信号Sに応答してスイッチ25がオン/オフを繰り返し、これにより加工間隙Gに加工用パルス電圧が印加される構成である。ここで、スイッチ25は、例えばトランジスタ等の如き半導体スイッチング素子とすることができる。
【0032】
符号27で示されるのは、加工タンク22内の電解液21を浄化処理し、浄化処理された電解液を再び加工タンク22内に戻すための電解液再処理装置である。電解液再処理装置27は、ドレインパイプ27Aを介して加工タンク22内の電解液21を取り込み、再処理された電解液を供給パイプ27Bを介して加工タンク22内に戻す公知の構成の電解液のための再生処理用装置であるから、その詳細について説明するのを省略する。
【0033】
次に、電解加工装置20による具体的加工例について説明する。本実地の形態では、電解液21としてNaCl水溶液が用いられており、加工用パルス電圧の印加により加工間隙Gにパルス電流を所定の時間だけ間歇的に流してステンレス鋼材11に溝形成を行った。
【0034】
このときの加工用パルス電圧の電圧値と印加時間は、間隙幅W、電解液21の濃度および温度、加工溝の深さと加工面積とに依存して決定される。
【0035】
例えば、30°Cで35%のNaCl水溶液を電解液21として用い、間隙幅Wを500μmとしたとき、2V×1Aでデューティー1/5のパルス電圧を印加したところ、6μm深さの動圧溝が約3秒で形成できた。
【0036】
このようにしてステンレス鋼材11に動圧溝が形成されたならば、ステンレス鋼材11を加工タンク22から取り出して、ステンレス鋼材11の外周面に形成されているレジスト層12を有機溶剤で洗浄し、所定の動圧溝が形成された流体動圧軸受を得ることができる。
【0037】
以上、図2及び図3を参照してアキシャル軸受についての製造方法の一例を説明したが、スラスト軸受についてもこれと同様の方法で製造することができる。すなわち、図1に示した方法を用いることにより円板状の部材の平面に微小な動圧溝を同様にして形成することができる。そして、いずれの場合においても次のような利点を得ることができる。
【0038】
ステンレス鋼材11の外周面11Aには、レジスト層12の窓として形成される動圧溝パターン15に従って動圧溝が電解エッチングで高寸法精度で形成される。ここで、加工用電極23の内周面23Aには加工しようとする動圧溝のパターンを形成する必要がなく、円滑面のままでよいので、加工用電極23の形成が極めて簡単で済む。
【0039】
このように、ステンレス鋼材11に形成される動圧溝の形状はレジスト層12のパターニングによって略定められるので、加工間隙Gの間隙幅Wの値はある程度大きくても動圧溝の形成における寸法精度に影響を与えることがない。したがって、間隙幅Wを電解液21の流量を管理しやすい値にすることが可能となる。特に加工間隙G内に電解液21の流れを強制的に作らなくてもよいので、その分コストの低減を図ることができる。勿論、図3には示していないが、加工間隙Gに電解液21を強制的に流すための噴流装置を設け、これにより加工速度をより一層向上させるようにした構成を採用してもよい。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、加工用電極側に溝パターンを形成する必要がないので、加工用電極の形成が簡単となる。また、被加工材表面に形成した皮膜を所要の加工溝に相応した寸法形状にパターニングした上で電解エッチングを行うようにしたので、加工される溝の寸法形状が、加工間隙の幅によって影響を受けにくく、動圧溝の如き微小な溝加工を高寸法精度にて実現することができる。このため、被加工材と加工用電極との間の距離は比較的大きくすることが可能となり、加工間隙の電解液を強制的に流動させなくても済み、コストの低減に役立つほか、電解液の流量管理が容易となる等の種々の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法により被加工物の表面に微小溝加工を施す場合の一実施形態を説明するための説明図。
【図2】本発明による流体動圧軸受の製造方法の実施の形態の一例を説明するための一部工程図。
【図3】図2に示した工程によって得られた軸部材を電解エッチングするための電解加工装置の一例を一部断面して示す概略構成図。
【図4】従来の電解エッチング方法を説明するための説明図。
【符号の説明】
1 被加工物
1A 表面
1B 微小溝
2 レジスト層
2A 窓
3 加工用電極
3A 平坦面
4 加工間隙
5 電解液
6 パルス電圧発生器
11 ステンレス鋼材
11A 外周面
12 レジスト層
14 炭酸ガスレーザ装置
14A レーザ光
20 電解加工装置
21 電解液
22 加工タンク
23 加工用電極
23A 内周面
24 直流電源
25 スイッチ
26 オン/オフコントローラ
27 電解液再処理装置
G 加工間隙[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a minute groove machining method and a fluid dynamic pressure bearing manufacturing method.
[0002]
[Prior art]
For example, it is often required to form minute grooves on the order of several hundreds to several tens of microns on the circumferential bearing surface of a cylindrical member or the flat bearing part of a disk-like member such as a fluid dynamic pressure bearing.
[0003]
Conventionally, methods such as rolling, chemical etching, and electrolytic etching using plastic deformation of metals have been used as a general method for forming such microgrooves.
[0004]
Among these, the micro-groove processing method using electrolytic etching, in particular, enables groove formation at a high speed, enables the processing surface to be smooth and high-quality processing, and makes the etching solution safe for the human body. In recent years, it has attracted particular attention due to the fact that it can use a salt and is excellent in safety.
[0005]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-192932 has a workpiece in which a predetermined minute groove shape is electrolytically processed, and an electrode exposure portion having a minute groove shape corresponding to the minute groove shape to be processed in the workpiece. The electrode tool and the electrode tool are disposed in close proximity to each other, and the workpiece and the electrode tool are connected to the negative electrode and the positive electrode of the electrode machining power source, respectively, and a predetermined electrolyte is placed between the electrode tool and the workpiece. The electrode tool and the workpiece are relatively stationary with a predetermined machining gap when the workpiece is eluted corresponding to the shape of the minute groove by energizing while flowing and the minute groove is subjected to electrolytic machining. And by outputting a pulse voltage at a predetermined time interval from the electrode processing power source and controlling the total amount of electricity given from the electrolytic processing power source, It controls electrolytic processing amount, thereby, a method of performing electrolysis microgrooves machining is disclosed.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional electrolytic etching method, the groove width to be processed is limited mainly by the distance between the processed electrode having an electrode shape corresponding to the groove pattern and the workpiece, and the dynamic pressure groove having a groove width of 200 μm or less When machining the above, the distance must be narrowed to 500 μm or less, preferably about 200 to 300 μm, which makes it difficult to manage the flow rate of the electrolyte and to manage the distance, making mass production difficult.
[0007]
That is, as shown in FIG. 4, the
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to propose a micro-grooving method and a fluid dynamic bearing manufacturing method that can solve the above-mentioned problems in the prior art.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to the present invention, there is provided a processing method for forming a groove pattern on a surface of a workpiece, the step of forming and fixing a film on the surface of the workpiece, and a laser beam. Removing the portion of the coating corresponding to the groove pattern, with the machining electrode opposed to the workpiece, and interposing an electrolyte in the machining gap between the workpiece and the machining electrode. Then, there is proposed a processing method comprising a step of applying a pulse voltage to etch a processed surface of the workpiece and a step of removing the film.
[0010]
According to the present invention, there is also provided a fluid dynamic pressure bearing manufacturing method for forming a dynamic pressure groove on a bearing surface of a fluid dynamic pressure bearing member, the step of forming and fixing a film on the bearing surface, and a laser. Removing the portion of the coating corresponding to the dynamic pressure groove with light, and interposing an electrolytic solution in the machining gap between the bearing surface and the machining electrode with the machining electrode facing the bearing surface. A method for manufacturing a fluid dynamic bearing comprising a step of applying a pulse voltage to etch the bearing surface and a step of removing the film is proposed.
[0011]
The film may be an organic film containing a sublimable dye.
[0012]
In the etching step, the electrolytic solution may flow in the processing gap, thereby increasing the processing speed.
[0013]
According to the above-described configuration, the pulse voltage is applied so that only the portion where the groove is to be formed by the film patterned corresponding to the predetermined groove is in contact with the electrolytic solution. Can be formed. For this reason, the processing gap width may be wide, so that it is not necessary to force the electrolyte to flow, and the configuration of the apparatus can be simplified.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a view for explaining an embodiment in the case where a minute groove is formed on a surface 1A of a workpiece 1 which is a stainless steel material by the method of the present invention.
[0016]
First, the
[0017]
Thereafter, the processing electrode 3 is opposed to the workpiece 1 provided with the
[0018]
As a result, a machining pulse current flows in the
[0019]
Thus, according to this method, there is no need to form a groove pattern to be processed on the processing electrode 3 side, and only the
[0020]
Further, since the width of the machining gap 4 can be increased, the pressure when the
[0021]
In FIG. 1, the surface 1A and the
[0022]
FIG. 2 is a process diagram showing a part of a process for explaining an example of an embodiment of a manufacturing method of a fluid dynamic bearing using the present invention. Referring to FIG. 2A, a cylindrical
[0023]
Next, as shown in FIG. 2 (B), an organic binder containing a sublimable dye is spray-applied on the outer peripheral surface 11A of the
[0024]
Then, as shown in FIG. 2C, the
[0025]
As a result, a portion of the resist
[0026]
After completion of this patterning step, the processing electrode is made to face the
[0027]
FIG. 3 shows an electrolytic processing apparatus for electrolytically etching the
[0028]
The
[0029]
Since both the
[0030]
In order to apply a machining pulse voltage necessary for machining to the machining gap G, a
[0031]
An on / off
[0032]
What is indicated by
[0033]
Next, a specific processing example by the
[0034]
The voltage value and application time of the processing pulse voltage at this time are determined depending on the gap width W, the concentration and temperature of the
[0035]
For example, when a 35% NaCl aqueous solution at 30 ° C. is used as the
[0036]
If the dynamic pressure grooves are formed in the
[0037]
As mentioned above, although an example of the manufacturing method about an axial bearing was demonstrated with reference to FIG.2 and FIG.3, a thrust bearing can also be manufactured by the method similar to this. That is, by using the method shown in FIG. 1, a minute dynamic pressure groove can be formed in the same manner on the plane of the disk-shaped member. In either case, the following advantages can be obtained.
[0038]
On the outer peripheral surface 11A of the
[0039]
As described above, since the shape of the dynamic pressure groove formed in the
[0040]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described above, since it is not necessary to form a groove pattern on the processing electrode side, the formation of the processing electrode is simplified. In addition, since the film formed on the surface of the workpiece is patterned into a dimension and shape corresponding to the required machining groove and then electrolytic etching is performed, the dimension and shape of the groove to be machined are affected by the width of the machining gap. It is difficult to receive, and minute groove processing such as a dynamic pressure groove can be realized with high dimensional accuracy. For this reason, the distance between the workpiece and the processing electrode can be made relatively large, and it is not necessary to forcibly flow the electrolytic solution in the processing gap. Various excellent effects such as easy flow rate management can be obtained.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining an embodiment in the case of performing microgrooving on the surface of a workpiece by the method of the present invention.
FIG. 2 is a partial process diagram for explaining an example of an embodiment of a method of manufacturing a fluid dynamic bearing according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a partial cross section of an example of an electrolytic processing apparatus for electrolytically etching a shaft member obtained by the process shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining a conventional electrolytic etching method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Workpiece 1A Surface
Claims (4)
前記被加工物の表面に昇華性色素を含有する有機皮膜を形成し固定する工程と、
レーザ光によって前記皮膜の前記溝パターンに対応する部分を除去する工程と、
前記被加工物に加工用電極を対向させ、前記被加工物と前記加工用電極との間の加工間隙に電解液を介在させてパルス電極を印加し、前記被加工物の加工面をエッチングする工程と、
前記皮膜を除去する工程と、
を備えて成ることを特徴とする微小溝加工方法。A processing method for forming a groove pattern on the surface of a workpiece,
Forming and fixing an organic film containing a sublimable dye on the surface of the workpiece;
Removing a portion of the film corresponding to the groove pattern by laser light;
A machining electrode is made to face the workpiece, a pulse electrode is applied through a machining gap between the workpiece and the machining electrode, and a machining surface of the workpiece is etched. Process,
Removing the film;
A micro-grooving method characterized by comprising:
前記軸受面に昇華性色素を含有する有機皮膜を形成し固定する工程と、
レーザ光によって前記皮膜の前記動圧溝に対応する部分を除去する工程と、
前記軸受面に加工用電極を対向させ前記軸受面と前記加工用電極との間の加工間隙に電解液を介在させてパルス電圧を印加し前記軸受面をエッチングする工程と、
前記皮膜を除去する工程と、
を備えて成ることを特徴とする流体動圧軸受の製造方法。A fluid dynamic pressure bearing manufacturing method for forming a dynamic pressure groove on a bearing surface of a fluid dynamic pressure bearing member,
Forming and fixing an organic film containing a sublimable dye on the bearing surface;
Removing a portion corresponding to the dynamic pressure groove of the coating with a laser beam;
Etching the bearing surface by applying a pulse voltage by interposing an electrolyte in a machining gap between the bearing surface and the machining electrode with the machining electrode facing the bearing surface;
Removing the film;
A method of manufacturing a fluid dynamic pressure bearing, comprising:
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