JP2528760B2 - セラミックス製動圧軸受及びその溝加工方法 - Google Patents

セラミックス製動圧軸受及びその溝加工方法

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JP2528760B2 JP3340408A JP34040891A JP2528760B2 JP 2528760 B2 JP2528760 B2 JP 2528760B2 JP 3340408 A JP3340408 A JP 3340408A JP 34040891 A JP34040891 A JP 34040891A JP 2528760 B2 JP2528760 B2 JP 2528760B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速回転体ラジアル軸
受及びスラスト軸受に好適なセラミックス製動圧軸受及
びその溝加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来技術】近年、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ装
置）用スピンドルモータの高速化にともないそのラジア
ル軸受及びスラスト軸受に高性能のものが要求され、そ
の一つとしてセラミックス製動圧軸受の採用が提案され
ている。このセラミックス製動圧軸受において、摺動面
から発生する微粒子の絶対数を減少させることが大きな
課題となっている。
【０００３】従来、このようなセラミックス製動圧軸受
の摺動面に形成する流体動圧発生溝の加工方法として
は、ショットブラスト法或るいは特開昭５８−１７９５
８８号公報に開示されているようにレーザービームによ
る方法ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記シ
ョットブラスト法で溝加工を行うと、第３図に示すよう
に加工部分、即ち流体動圧発生溝２が形成された部分の
表面がキューティクル（松笠）状２ｂとなり、このキュ
ーティクルの間に研磨材或は切削屑が挟まり、その洗浄
が容易でなく、洗浄で除去できなかった研磨材或は切削
屑が微粒子の大きな発生源となると同時にキューティク
ル自体が剥離しやすく、微粒子の発生源となるという問
題があった。更に、ショットブラストの加工条件によっ
ては、多くのマイクロクラックを発生し、このマイクロ
クラックが微粒子量の増大を招くという問題もあった。
【０００５】また、特開昭５８−１７９５８８号公報に
開示された方法は、セラミック製の回転軸受中間素材に
コンピュータのプログラムによりレーザービームの照射
位置や照射の断続を制御しながらレーザービームを照射
して動圧発生溝を形成し、形成後この回転軸受中間素材
の外表面を所定寸法に仕上げる方法であるが、この方法
では、動圧発性溝を形成した後外表面を所定寸法に仕上
る工程が必要になり、硬質のセラミック材を加工しなけ
ればならないという問題がある。
【０００６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、流体動圧発生溝の加工面から
発生する微粒子量を減少或はなくすことができ、且つ流
体動圧発生溝の形成後にセラミック素材の加工工程を必
要としないセラミックス製動圧軸受及びその溝加工方法
を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、セラミックス製軸受基体の摺動面に所定形状
の動圧発生溝を形成してなるセラミックス製動圧軸受に
おいて、上記動圧発生溝の内表面にセラミックス製軸受
基体の母材であるセラミックス材の溶融凝固改質層を形
成したことを特徴とする。
【０００８】また、セラミックス製軸受基体の摺動面に
エネルギー線照射装置からエネルギー密度の高いエネル
ギー線を照射してセラミックス母材を除去して所定形状
の流体動圧発生溝を形成すると同時に、動圧発生溝の内
表面にセラミックス製軸受基体の母材であるセラミック
ス材を溶融凝固させてなる改質層を形成することを特徴
とする。
【０００９】また、セラミックス製軸受基体としてＳｉ
Ｃ又はＳi3Ｎ4のセラミックス製基体を用いると共に、
エネルギー線照射装置としてＱスイッチＹＡＧレーザ装
置を用い、該ＱスイッチＹＡＧレーザ装置からエネルギ
ー密度３００Ｊ／cm2以下のＹＡＧパルスレーザ光を照
射することを特徴とする。
【００１０】また、セラミックス製軸受基体としてＡｌ
2Ｏ3のセラミックス製基体を用いると共に、エネルギー
線照射装置としてＱスイッチＹＡＧレーザ装置を用い、
該ＱスイッチＹＡＧレーザ装置からエネルギー密度２０
０乃至６００Ｊ／cm2のＹＡＧパルスレーザ光を照射す
ることを特徴とする。
【００１１】また、エネルギー線照射装置として、エキ
シマレーザ照射装置を用い、該エキシマレーザ照射装置
からエキシマレーザ光を照射することを特徴とする。
【００１２】
【作用】セラミックス製動圧軸受を上記構成とすること
により、動圧発生溝の内表面に基体母材であるセラミッ
クス材を溶融凝固させてなる改質層を形成したので、こ
の改質層の表面は極めて滑らかとなり、従来のショット
ブラスト法で溝加工した場合のように、加工部分がキュ
ーティクル（松笠）状となり、キューティクル自体或は
その間に挟まった研磨材或は切削屑が微粒子の大きな発
生源となることがない。
【００１３】また、動圧発生溝の形成にＱスイッチＹＡ
Ｇレーザ装置を用い、ＳｉＣ又はＳi3Ｎ4のセラミック
ス製基体の場合はエネルギー密度３００Ｊ／cm2以下の
又はＡｌ2Ｏ3のセラミックス製基体の場合はエネルギー
密度２００乃至６００Ｊ／cm2のＹＡＧパルスレーザ光
を照射し、照射部分のセラミックス母材を除去し、動圧
発生溝を形成すると同時に、その表面にこの母材を溶融
凝固させてなる改質層を形成するので、微粒子発生が極
めて少ないか或はないセラミックス製動圧軸受を極めて
容易に製造できる。
【００１４】また、動圧発生溝の形成にエキシマレーザ
照射装置を用いエキシマレーザ光を照射しも同様に、微
粒子発生が極めて少ないか或はないセラミックス製動圧
軸受を極めて容易に製造できる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は本発明のセラミックス製動圧軸受の溝加
工方法を用いて製造されたセラミックス製動圧スラスト
軸受の平面図、第１図はその動圧発生溝部分の断面図で
ある。
【００１６】図１及び図２に示するように、セラミック
ス製軸受基体１の摺動面１ａに動圧発生溝２が形成され
ている。該動圧発生溝２はスパイラル状をなしており、
円周方向に一定の間隔をおいて配設されている。該動圧
発生溝２の内表面にはセラミックス製軸受基体１の母材
であるセラミックス材を溶融凝固させてなる厚さの薄い
改質層２ａが形成されている。
【００１７】セラミックス製軸受基体１の摺動面１ａに
流体動圧発生溝２及び改質層２ａを形成する方法は、Ｓ
ｉＣ又はＳ１3Ｎ4のセラミックス製軸受基体１の表面に
動圧発生溝２の形状にＱスイッチＹＡＧパルスレーザ光
を照射することにより、レーザが照射された部分の母材
を除去して行う。この場合ＱスイッチＹＡＧパルスレー
ザ光のエネルギー密度を３００Ｊ／cm2以下の所定値と
することにより、基体１の摺動面に動圧発生溝２が形成
されると同時にその縁部に盛り上がり部、即ちバリが発
生すること無く、且つ動圧発生溝２の内表面にセラミッ
クス材が溶融凝固してなる改質層２ａが形成される。
【００１８】この場合、レーザのエネルギー密度を３０
０Ｊ／cm2以上にすると、第５図に示すように溶融凝固
の改質層２にマイクロクラック２ｃが形成される、また
溶融凝固層の厚さが極端に厚く形成されるから、第４図
に示すように滑らかな表面の改質層２ａを形成し、且つ
縁部にバリが発生しないようにするには、エネルギー密
度を３００Ｊ／cm2以下で且つ母材が除去できる所定の
値のエネルギー密度にする必要がある。
【００１９】セラミックス製軸受基体１の材料としてＡ
ｌ2Ｏ3のセラミックス材を用いる場合は、エネルギー密
度を２００乃至６００Ｊ／cm2の範囲で且つ母材が除去
できるエネルギー密度にする必要がある。
【００２０】図６はＳｉＣのセラミックス製軸受基体に
ＹＡＧパルスレーザ光を下記の条件で照射して形成した
動圧発生溝の断面を示す図である。 パルスレーザの平均出力：３６ｗ パルスレーザのパルス繰返し周波数：１０kHz パルスレーザのエネルギー密度：２５０J／cm2 図６に示すように、この条件では溝深さ約１８μm、溝
幅約２mmの動圧発生溝が形成でき、且つ溝の縁部にはバ
リが発生しない。
【００２１】図７はＳｉＣのセラミックス製軸受基体に
ＹＡＧパルスレーザ光を下記の条件で照射して形成した
動圧発生溝の断面を示す図である。 パルスレーザの平均出力：２７ｗ パルスレーザのパルス繰返し周波数：５kHz パルスレーザのエネルギー密度：３２０J／cm2 図７に示すように、この条件では溝深さ約１６μm、溝
幅１．８mmの動圧発生溝を形成できるが、溝の縁部には
バリＢが発生する。
【００２２】図８はＡｌ2Ｏ3のセラミックス製軸受基体
にＹＡＧパルスレーザ光を下記の条件で照射して形成し
た動圧発生溝の断面を示す図である。 パルスレーザの平均出力：１８ｗ パルスレーザのパルス繰返し周波数：１０kHz パルスレーザのエネルギー密度：１８０J／cm2 図８に示すように、この条件では溝深さ約２μm、溝幅
１．５mmとなり不完全な溝しか形成されない。
【００２３】図９はＡｌ2Ｏ3のセラミックス製軸受基体
にＹＡＧパルスレーザ光を下記の条件で照射して形成し
た動圧発生溝の断面を示す図である。 パルスレーザの平均出力：６０ｗ パルスレーザのパルス繰返し周波数：１０kHz パルスレーザのエネルギー密度：４００J／cm2 図９に示すように、この条件では溝深さ約１４μm、溝
幅１．３mmの動圧発生溝が形成でき、且つ溝の縁部には
バリが発生しない。
【００２４】図１０はＡｌ2Ｏ3のセラミックス製軸受基
体にＹＡＧパルスレーザ光を下記の条件で照射して形成
した動圧発生溝の断面を示す図である。 パルスレーザの平均出力：６０ｗ パルスレーザのパルス繰返し周波数：１０kHz パルスレーザのエネルギー密度：８００J／cm2 図１０に示すように、この条件では溝深さ約１５μm、
溝幅１．３mmの動圧発生溝を形成できるが、溝の縁部に
はバリＢが発生する。
【００２５】パルスレーザのエネルギー密度と平均出力
とパルス幅の関係は下式であらわすことができる。 平均出力（ｗ）＝ピークパワー（kw）×パルス幅×繰返
し周波数（kHz） エネルギー密度（J／cm2）＝平均出力（ｗ）÷加工面積
（cm2）
【００２６】ＹＡＧパルスレーザ光の平均出力を１００
ｗ以下、繰返し周波数が３〜１０kHzとして、ＳｉＣ又
はＳ１3Ｎ4のセラミックス製軸受基体の表面に動圧発生
溝を形成する場合、溝の縁部にバリが発生しないように
するには、そのエネルギー密度を３００Ｊ／cm2以下に
する必要がある。
【００２７】また、同じくＹＡＧパルスレーザ光の平均
出力を１００ｗ以下、繰返し周波数が３〜１０ｋHzとし
て、Ａｌ2Ｏ3のセラミックス製軸受基体の表面に動圧発
生溝を形成する場合、溝の縁部にバリが発生しないよう
にするには、そのエネルギー密度を２００乃至６００Ｊ
／cm2の範囲内とする必要がある。
【００２８】Ｓｉ3Ｎ4のセラミックス製軸受基体の表面
にＹＡＧパルスレーザ光の平均出力６０ｗ、パルス繰返
し周波数３〜１０kHzで動圧発生溝を形成した場合、エ
ネルギー密度と溝縁部のバリの発生の関係は下記のよう
になった。 エネルギー密度（Ｊ／cm2） バリの発生状況 １５０ 発生しない ２１０ 発生しない ２７０ 発生しない ３００ 発生しない ３３０ 発生する ３９０ 発生する
【００２９】上記実施例では、エネルギー密度の高いエ
ネルギー光として、ＱスイッチＹＡＧレーザを用いた
が、エネルギー密度の高いエネルギー光はこれに限定さ
れるものではなく、エキシマレーザ照射装置を用いてエ
キシマレーザを照射してもよい。この場合はエキシマレ
ーザのエネルギー密度を２０Ｊ／cm2以下とする。この
エキシマレーザのエネルギー密度を２０Ｊ／cm2以上と
すると、改質層２ａにマイクロクラックが発生するの
で、エネルギー密度を２０Ｊ／cm2以下で且つ母材が除
去できるエネルギー密度に設定する必要がある。
【００３０】上記実施例において、レーザ光の走査にＸ
Ｙテーブルを用い、その速度を５mm／ｓとした。また、
レーザ光の走査手段としてはＸＹテーブルに限定される
ものではなく、ガルバノ鏡によるレーザ光を伝送走査す
るガルバノメータ型オプテカルスキャナ方式、又はレー
ザ光を伝送する光ファイバ先端を走査する光ファイバ方
式のいずれを用いても良い。また、マスクを併用しても
良い。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば下記
のような優れた効果が得られる。 (1)動圧発生溝の加工表面にセラミックス母材を溶融凝
固させた表面が滑らかな改質層を形成するので、微粒子
の発生を極めて少なく抑えるか、なくすることが可能と
なる。 (2)溝加工と同時に、セラミックス母材を溶融凝固させ
た表面が滑らかな改質層を形成できるから、微粒子の発
生の極めて少ないか、発生することのない流体動圧発生
溝を極めて容易に形成できる。 (3)動圧発生溝表面に形成される改質層にはマイクロク
ラックが殆ど発生しない、又は相互につながった多くの
クラックを発生しないから、改質層の剥離やマイクロク
ラックの進行を防止することができる。 (4)上記(2),(3)により製品の信頼性が向上する。 (5）従来のショットブラストによる溝加工のように、加
工部分に付着する研磨材や切屑の除去のため洗浄をする
必要がないので、洗浄工程を軽減できる。 (6)また、動圧発生溝の加工が大気中で実施できるの
で、加工設備が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動圧発生溝部分の断面を示す図であ
る。
【図２】本発明のセラミックス製動圧スラスト軸受の平
面を示す図である。
【図３】従来のショットブラストにより加工された溝表
面を説明するための図である。
【図４】本発明の溝加工方法により加工された溝表面を
説明するための図である。
【図５】レーザのエネルギー密度が高過ぎる場合の溝表
面を説明するための図である。
【図６】ＳｉＣのセラミックス製軸受基体にＹＡＧパル
スレーザ光の照射で形成した動圧発生溝の断面を示す図
である。
【図７】ＳｉＣのセラミックス製軸受基体にＹＡＧパル
スレーザ光の照射で形成した動圧発生溝の断面を示す図
である。
【図８】Ａｌ2Ｏ3のセラミックス製軸受基体にＹＡＧパ
ルスレーザ光の照射で形成した動圧発生溝の断面を示す
図である。
【図９】Ａｌ2Ｏ3のセラミックス製軸受基体にＹＡＧパ
ルスレーザ光の照射で形成した動圧発生溝の断面を示す
図である。
【図１０】Ａｌ2Ｏ3のセラミックス製軸受基体にＹＡＧ
パルスレーザ光の照射で形成した動圧発生溝の断面を示
す図である。
【符号の説明】
１ セラミックス製軸受基体 ２ 動圧発生溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 利光 学 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内 (72)発明者 新荘 良一 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会 社荏原製作所内

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミックス製軸受基体の摺動面に所定
    形状の動圧発生溝を形成してなるセラミックス製動圧軸
    受において、 上記動圧発生溝の内表面に前記セラミックス製軸受基体
    の母材であるセラミックス材の溶融凝固改質層を形成し
    たことを特徴とするセラミックス製動圧軸受。
  2. 【請求項２】 セラミックス製軸受基体の摺動面にエネ
    ルギー線照射装置からエネルギー密度の高いエネルギー
    線を照射してセラミックス母材を除去して所定形状の前
    記流体動圧発生溝を形成すると同時に、動圧発生溝の内
    表面に前記セラミックス製軸受基体の母材であるセラミ
    ックス材を溶融凝固させてなる改質層を形成することを
    特徴とするセラミックス製動圧軸受の溝加工方法。
  3. 【請求項３】 前記セラミックス製軸受基体としてＳｉ
    Ｃ又はＳi3Ｎ4セラミックス製基体を用いると共に、前
    記エネルギー線照射装置としてＱスイッチＹＡＧレーザ
    装置を用い、該ＱスイッチＹＡＧレーザ装置からエネル
    ギー密度３００Ｊ／cm2以下のＹＡＧパルスレーザ光を
    照射することを特徴とする請求項２記載のセラミックス
    製動圧軸受の溝加工方法。
  4. 【請求項４】 前記セラミックス製軸受基体としてＡｌ
    2Ｏ3のセラミックス製基体を用いると共に、前記エネル
    ギー線照射装置としてＱスイッチＹＡＧレーザ装置を用
    い、該ＱスイッチＹＡＧレーザ装置からエネルギー密度
    ２００乃至６００Ｊ／cm2のＹＡＧパルスレーザ光を照
    射することを特徴とする請求項２記載のセラミックス製
    動圧軸受の溝加工方法。
  5. 【請求項５】 前記エネルギー線照射装置として、エキ
    シマレーザ照射装置を用い、該エキシマレーザ照射装置
    からエキシマレーザ光を照射することを特徴とする請求
    項２記載のセラミックス製動圧軸受の溝加工方法。
JP3340408A 1990-11-30 1991-11-29 セラミックス製動圧軸受及びその溝加工方法 Expired - Lifetime JP2528760B2 (ja)

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JP2-337846 1990-11-30
JP33784690 1990-11-30

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JPH0533809A JPH0533809A (ja) 1993-02-09
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