JP3580577B2 - Ceramic dynamic pressure bearing and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気モータ等のシャフトの支持に用いられるセラミック製動圧軸受及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より軸受装置としては、すべり軸受、玉軸受、含油軸受などが一般的に用いられている。しかしながら、従来の軸受では、製品の薄型化、高性能化に伴い、種々の問題点が発生してきた。
【0003】
例えば、フロッピィディスクドライブ(FDD)装置等のスピンドルモータの薄型化をはかる場合など、軸受を短くする必要があるが、短くするにつれ軸振れが大きくなってくる。これにより、メディアの偏心が大きくなり、データ読み書きの信頼性が著しく低下するという問題点が発生する。
【0004】
このような問題点の解決手段として、ラジアル軸受及び/又はスラスト軸受の表面にスパイラル溝等の動圧発生溝を形成した動圧軸受が開発された。これは、スピンドルモータの回転に伴い動圧発生溝が潤滑流体に与えるポンピング作用により、流体圧が上昇してシャフトを浮上させ、流体膜を形成して無接触で回転するようにしたものである。更には流体圧によるセンタリング効果により、偏心を著しく抑えられるものである。
【0005】
動圧軸受の構成は図5に示すように、シャフト21とこれを支持するスリーブ23からなり、シャフト21の外周に動圧発生溝24aを形成してラジアル方向の剛性を持つラジアル軸受部24と成し、一方動圧スラスト軸受22にはスパイラル状の動圧発生溝22aを形成して、オイルや気体等の潤滑流体のポンピング作用によりスラスト剛性を持たせるようにしてある。
【0006】
ここで、重要な部分は動圧スラスト軸受22である。例えば、縦型モータでのラジアル方向はシャフト21の外径とスリーブ23の内径が殆ど等しい為に接触により傷がついたり、面が剥離することは殆ど無い。これに対し、スラスト方向は回転部の自重、マグネットとステータの吸引力等のスラスト力が全て動圧スラスト軸受22とシャフト21端部との接触部にかかることになり、スタート・ストップ時、低速回転時に接触回転するため耐久性に対して重要な影響を持つことになる。
【0007】
この動圧軸受を構成するシャフト21や動圧スラスト軸受22はいずれも従来はステンレス等の焼き入れ材を使用していた。しかしながら、金属同士で構成した場合、金属同士の接触により摩耗が生じやすく、また発生した摩耗粉が軸受隙間に入り込むと、かじり焼き付きを生じる等の問題がある。そのため、動圧スラスト軸受22等をセラミックスで形成することが考えられていた。
【0008】
また、動圧軸受において重要となるのが、オイル、気体等の潤滑流体をポンピングする為に必要な動圧発生溝の形状とその溝深さに関する要因であり、動圧スラスト軸受22の場合動圧発生溝22aの形状精度と溝深さについて高い加工精度が要求されてくる。このスパイラル形状の動圧発生溝22aを形成する方法としては、▲1▼化学エッチング法▲2▼ショットブラスト法▲3▼レーザー加工など種々の方法が提案されている。
【0009】
ステンレス等の金属からなる動圧スラスト軸受22の場合には、化学エッチング処理を施すことにより所望のスパイラル形状と溝深さを形成している。しかしながら、この製造方法はエッチング処理後の廃液処理の環境問題、加工時間の問題(量産性)等について改善が求められている。さらには、金属製の動圧スラスト軸受22は始動・停止時の摺動により摩耗し易いという問題点がある。
【0010】
そこで、動圧スラスト軸受22をセラミックスで形成し、スパイラル形状の動圧発生溝22aをショットブラスト法で加工することが提案されている(特開昭63−163016号、特開平2−93115号公報等参照)。
【0011】
ショットブラスト法は、セラミック部材の表面に凹溝を形成する製造方法としてよく知られており(特開昭60−14615号、特開昭62−278313号、特開平5−58765号公報等参照)、所望する凹溝形成部分を除いた樹脂マスクや金属マスクを製作し、これをセラミック体の表面に貼り付けた後、ショットブラスト処理を施してマスキングされていない部分に短時間で凹溝を形成するものである。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記セラミック製動圧軸受では、流体膜を安定して保持しにくいという問題点があり、相手材と接触して摩耗させやすかった。また、その際に動圧発生溝のエッジにより相手材が切削摩耗しやすいことから、寿命が短いものであった。
【0013】
さらに、従来のセラミック製動圧軸受の製造方法では所定のスパイラル形状等をもったマスクの作製作業、及び該マスクのセラミック表面への貼り付け作業が極めて煩雑である上、スパイラル形状の細線化及び形状のパターニングを高精度に行えない為、効率よく量産することは困難であるという問題点があった。
【0014】
さらに、加工精度の面ではセラミック体表面に凹溝を短時間で形成するため、ブラストノズルを被加工材の表面に近接させておく必要があり、また、被加工材の表面に噴射された硬質微粒子は被加工材の表面に衝突し次第に摩滅していく為、均一かつ高精度の凹溝深さを安定して量産することは極めて困難であった。
【0015】
そこで、ショットブラストの代わりに、レーザー光を用いてセラミックス製動圧軸受の溝加工を行う方法もあるが、この場合動圧発生溝の形状に沿ってレーザ光を照射するため加工時間がかかることは言うまでもなく、加工面への溶融層析出により、所望の表面平滑性が得にくいという問題、熱影響層の増加によるクラックの問題、さらには加工部分と未加工部分の境界に析出する溶融層の除去が必要になる等の問題がある。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、表面に動圧発生溝を有するセラミック製動圧軸受において、ヤング率が300GPa以上で、平均結晶粒径が0.5μm以上のセラミックスで形成するとともに、動圧発生溝底部の表面粗さ(Ra)を1μm以下としたことを特徴とするものである。なお、本発明において表面粗さは、JISB0601に規定される中心線平均粗さ(Ra)で示す。
【0017】
ここで、ヤング率300GPa以上のセラミックスを用いたのは、300GPa未満であると負荷荷重に対する変形のために、高精度(溝深さ精度±1μm程度)に仕上がった動圧発生溝による動圧効果を充分に安定して引き出すことができないためである。
【0018】
また、セラミックスの平均結晶粒径を0.5μm以上としたのは、0.5μm未満であると動圧発生溝のエッジが鋭くなりすぎて相手材の切削摩耗が大きくなるためである。なお、優れた機械的物性を維持するためには、平均結晶粒径は10μm以下とすることが好ましい。
【0019】
また動圧発生溝溝底部の表面粗さ(Ra)を1μm以下としたのは、1μmを越えると動圧スラスト軸受と相手材の間に介在する潤滑剤等で形成される流体膜の保持力が低下してしまい、動圧軸受と相手材が接触しやすくなって摩耗が進行するためである。さらに、動圧発生溝底部の平坦度は3μm以下とすることが好ましい。
【0020】
また本発明は、表面に動圧発生溝を有するセラミック製動圧軸受の製造方法において、セラミック体の軸受面にフォトレジスト膜を形成した後、動圧発生溝の形状に合致したマスクを介して露光し、現像を行うことにより動圧発生溝となる部分のみのフォトレジスト膜を除去し、この軸受面全面に平均粒径2〜20μmの硬質微粒子を噴射して上記フォトレジスト膜のない部分に動圧発生溝を形成するようにしたものである。
【0021】
ここで、硬質微粒子の平均粒径を2〜20μmとしたのは、2μm未満であると加工効率が悪く、均一分散のコントロールが困難となるためであり、一方20μmを越えると動圧発生溝の底部の表面粗さを1μm以下とできないためである。
【0022】
また、動圧発生溝の深さは2〜30μmの範囲が良い。これは2μmより浅いと寸法精度の制御が難しくなり、また良好な表面平滑性が得られず、逆に30μmより深いと溝部がテーパ状になり溝底隅部が大きなR面となり、充分な動圧効果を得ることが困難となるためである。なお、好ましくは2〜20μmの範囲が良い。
【0023】
なお、本発明のセラミック製動圧軸受とは、軸及び軸受からなるスラスト方向またはラジアル方向の軸受であって、軸及び/又は軸受をセラミックスで形成し、その軸受面に動圧発生溝を有するものを言う。
【0024】
【実施例】
以下、本発明実施例としてVTR用スピンドルモータの動圧軸受装置に用いる動圧スラスト軸受を例にして説明する。
【0025】
図5に示すように、動圧軸受装置はシャフト21、動圧スラスト軸受22およびスリーブ23からなり、該シャフト21を固定軸にしてスリーブ23が回転するようになっている。該シャフト21の外周にヘリングボーン形状の動圧発生溝24aが形成されて動圧ラジアル軸受部24となり、また動圧スラスト軸受22にはスパイラル状の動圧発生溝22aを備えていることから、回転時にはこれらの動圧発生溝22a、24aによって流体膜が生じ、滑らかな回転を行うことができる。
【0026】
ただし、スタート・ストップ時、低速回転時にはシャフト21の先端が動圧スラスト軸受22と摺動するようになり、回転体の全荷重がシャフト21の先端と動圧スラスト軸受22に負荷として加わることになる。
【0027】
この動圧スラスト軸受22は、図1に示すように、セラミック体1の表面中央にスパイラル状の動圧発生溝2を有し、該動圧発生溝2中の凸部3と外周部4とは同一平面となっている。そして、シャフト21の端面をこの動圧スラスト軸受22で支持して回転させれば、上記動圧発生溝2の動圧作用によりシャフト21を浮上させることができる。
【0028】
また、このセラミック体1は、ヤング率300GPa以上で平均結晶粒径0.5μm以上のセラミックスからなり、動圧発生溝2の底部2aの表面粗さ(Ra)を1μm以下としてある。
【0029】
本発明の動圧スラスト軸受22は、セラミックスとしてヤング率300GPa以上の高剛性の材料を用いることにより、負荷が加わっても変形しにくく、優れた動圧発生効果を維持できる。また、平均結晶粒径0.5μm以上と粒径の大きいセラミックスを用いているため、動圧発生溝2のエッジ部2bが鋭くならず、相手材を摩耗させにくい。さらに、動圧発生溝2の底部2aの表面粗さ(Ra)を1μm以下とすることにより、流体膜の保持力を高めて相手材との摺動による摩耗を防止することができる。
【0030】
なお、動圧発生溝2の底部2aの表面粗さ(Ra)を1μm以下とするためには、後述する製造方法においてサンドブラスト加工時の硬質微粒子を所定の粒径とすれば良い。あるいは、動圧発生溝2の形状を有する金型を用いてプレス成形することもでき、この場合は、金型の表面粗さ(Ra)を1μm以下としておいて、プレス成形し焼成すれば良い。
【0031】
上記動圧軸受装置をVTRのスピンドルモータに用いる場合は3000rpm程度、LBP(レーザービームプリンター)のスピンドルモータでは2万rpm程度と非常に高速となる。このとき、シャフト21と動圧スラスト軸受22は、スタート・ストップ時に負荷の加わった状態で激しく摺動することになるが、上記のように平均結晶粒子径を0.5μm以上、動圧発生溝2の底部2aの表面粗さ(Ra)を1μm以下とすることにより、潤滑剤の流体膜を均一に介在させ、切削摩耗量も少なく長期間にわたって良好に使用することができる。
【0032】
なお、上記実施例では動圧スラスト軸受22について説明したが、本発明のセラミック製動圧軸受はこれに限るものではない。例えば、シャフト21の端面をセラミックスで形成して動圧発生溝を形成したり、あるいはラジアル軸受部24におけるシャフト21またはスリーブ23をセラミックスで形成して動圧発生溝を備えて本発明のセラミック製動圧軸受とすることができる。
【0033】
次に、図1に示す本発明の動圧スラスト軸受の製造方法について説明する。
【0034】
図2(a)に示すように、まずセラミック体1の軸受面1aを所望の表面状態、好ましくは表面粗度(Ra)0.3μm以下に仕上げた後、全面にフィルム状のフォトレジスト膜11を気泡を巻き込まないように積層する。フォトレジスト膜11の厚みtは、後述するショットブラストの衝撃に耐えられるように30μm以上とする。しかし、必要以上に厚くすると加工時に形成される動圧発生溝2の縁部を高精度に形成できない等の問題があるため、厚みtは200μm以下が好ましい。この厚みtは加工する溝深さに応じて適宜に変更することができる。
【0035】
その後、図3に示すようなガラスマスク12を作製する。このガラスマスク12は、図1の動圧発生溝2に対応する部分が不透明部12aとなり、その他の部分が透明部12bとなったものである。このガラスマスク12は、CAD等を使用して製作した図面をもとに正確に形状を転写すれば良い。
【0036】
ここで製作したガラスマスク12を図2(b)に示すように、フォトレジスト膜11の表面に密着して載置し、その上から紫外線を照射して露光を行う。この時、フォトレジスト膜11の露光された部分は硬化されることになる。即ち、フォトレジスト膜11のうち、ガラスマスク12の透明部12bに対応する部分は露光されて硬化し、一方不透明部12aに対応する部分は露光されないため硬化しないことになる。
【0037】
その後、ガラスマスク12を外し、セラミック体1を回転させながら現像液を吹き付ければ、図2(c)に示すように、フォトレジスト膜11のうち硬化していない紫外線未露光部分11aのみが除去されることになる。即ち、セラミック基体1の表面のフォトレジスト膜11は、ガラスマスク12の不透明部12aの形状(動圧発生溝2の形状)の部分が除去され、それ以外の部分のみに被着した状態となり、所望の動圧発生溝2の形状がセラミック体1の表面に正確にマスキングされる。
【0038】
このように、本発明によれば、フォトレジスト膜11の露光、現像でマスキングを形成したため、マスキングが分離した形状でも容易に所望の形状を正確に形成することができる。なお、上記実施例ではネガ型のフォトレジストを使用したが、ポジ型のフォトレジストを使用しても同様に所望の動圧発生溝2の形状被膜が可能なことは云うまでもない。
【0039】
さらに、セラミック体1およびフォトレジスト膜11を150〜200℃でベイキングし、フォトレジスト膜11の強度を向上させる。
【0040】
最後に、図2(d)に示すように、上記にて得られたセラミック体1を装置内にセットした後、噴射ノズル13よりセラミック体1の軸受面1aに硬質微粒子14を噴射してショットブラストを行う。この工程により、セラミック体1の軸受面1aにおけるフォトレジスト膜11の除去された部分が削られ、動圧発生溝2が形成されることになる。
【0041】
ここで、動圧発生溝2を高精度に形成するためには、上記硬質微粒子14のコントロール方法が重要である。具体的には、硬質微粒子14を常に一定重量ずつ計量しながら供給して、時間当たりの噴射量が一定となるようにしてある。また、硬質微粒子14は、高圧エアー源からドライヤーやシリカゲルを経て乾燥され導入されたエアーに均一分散させて噴射する。特に微粒子の場合、非常に凝集しやすいため乾燥したエアーを使用することが重要である。
【0042】
さらに、硬質微粒子14としてはGC砥粒の2500番を使用したが、この他にもセラミックスのショットブラスト加工に一般的に使用されているシリコンカーバイトやアルミナ等で平均粒径2〜20μmのものを用いれば良い。ここで、硬質微粒子14の平均粒径を2〜20μmとしたのは、2μm未満であると加工効率が悪く、均一分散のコントロールが困難であるためであり、一方20μmを越えると動圧発生溝2の底部2aの表面粗さ(Ra)を1μm以下とできないためである。そして、噴射した硬質微粒子14は回収して再利用するが、この際に砕けたり摩耗して小さくなった硬質微粒子14は除去し、常に平均粒径が2〜20μmの範囲内を維持するようにしておくことが重要である。
【0043】
このように、硬質微粒子14を常に計量しながら供給して時間当たりの噴射量を一定にし、かつ再利用時に小さくなった硬質微粒子14を除去して平均粒径を一定に維持することによって、動圧発生溝2を高精度に加工することができ、底面2aの平面度を3μm以下に加工することができる。
【0044】
また、このショットブラストの工程は、図4に示すように、台板15上に複数のセラミック体1を載置し、台板15とノズル13を相対的に移動させながら、繰り返しスキャンさせて、徐々に動圧発生溝2を形成すれば、均一かつ高精度の動圧発生溝2を形成することができる。
【0045】
なお、上記動圧スラスト軸受22をなすセラミック体1の材質としては、アルミナ(Al2 O3 )、ジルコニア(ZrO2 )、チタン酸カルシウム(CaTiO3 )、チタン酸バリウム(BaTiO3 )、窒化珪素(Si3 N4 )、炭化珪素(SiC)、アルティック(Al2 O3 −TiC)、サーメット(TiC−TiN系)等を用いるが、摺動時の耐摩耗性を考慮してアルティックまたはサーメットが好ましい。
【0046】
さらに、以上の実施例では動圧スラスト軸受22に動圧発生溝を形成したものを説明したが、シャフト21をセラミックスで形成し、その端面に動圧発生溝を形成することもでき、この場合も本発明の製造方法を適用することができる。また、スラスト軸受に限らず、ラジアル方向のシャフト21及び/又はスリーブ23に動圧発生溝を形成する場合にも本発明の製造方法を適用できる。
【0047】
実験例1
ここで、図1に示す本発明の動圧スラスト軸受を試作し、耐摩耗性および摺動性を調べるため、ボール・オン・ディスク型の摩擦摩耗試験を用いた試験を行った。
【0048】
本発明実施例として、アルミナ系セラミックス、窒化珪素系セラミックス、及びTiC−TiN系サーメットからなる動圧スラスト軸受22を用意し、一方比較例として、SKH材、ジルコニアセラミックスからなるもの、及びアルミナセラミックからなり動圧発生溝の底部の表面粗さを粗くしたものを用意した。
【0049】
各試料を、湿式潤滑下の状態で、相手材に高炭素クロム軸受け鋼SUJ2のボールを用いて、荷重0.5Kg、相対摺動速度0.17m/sで摺動試験を行い、両部材の摩耗量を測定した結果は表1に示す通りである。
【0050】
表1から明らかなように、相手材に対する摩耗量はNo.4〜6の比較例が大きいのに対し、本発明実施例であるNo.1〜3は何れも相手材摩耗量が極めて小さく、その中でもサーメットが非常に優れていることがわかる。また、No.1とNo.6を比較すると、同じアルミナ系セラミックであるにもかかわらず、動圧発生溝の底部の表面粗さ(Ra)を1μmより大きくしたNo.6は、相手材の摩耗量が大きかった。さらに、No5に示すジルコニアセラミックスは結晶粒径が0.5μm以下と小さすぎるため、動圧発生溝のエッジが鋭くなり、相手材に切削摩耗を発生させた。
【0051】
したがって、ヤング率300GPa以上、平均結晶粒径0.5μm以上のセラミックスを用い、動圧発生溝の底部の表面粗さ(Ra)を1μm以下とすることによって、相手材を摩耗させにくくできることがわかる。
【0052】
【表1】
【0053】
実験例2
次に、上記の製造方法により図1に示すスラスト軸受を製造した。セラミック体1はアルティックにより形成し、動圧発生溝2の深さを変化させた時の性能評価を行った。
【0054】
結果は表2に示す通りである。表1中、No.1においては、溝深さが浅すぎるため加工時間の制御ができずセラミック体1表面に未加工部分が残ってしまい所定の動圧効果を得ることはできなかった。また、No.7では溝深さが深いため動圧発生溝2の断面が奥に向かって幅が狭くなるテーパ形状となり、かつ隅部に大きなR面が発生し、性能評価においても所定の動圧効果を得ることはできなかった。
【0055】
これに対し、溝深さを2〜30μmとしたNo.2〜6については、精度的にも性能的にも何等問題はなく、特に溝深さを2〜20μmとしたもの(No.2〜5)は優れた動圧効果を示した。
【0056】
【表2】
【0057】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、表面に動圧発生溝を有するセラミック製動圧軸受において、ヤング率が300GPa以上、平均結晶粒径が0.5μm以上のセラミックスで形成するとともに、動圧発生溝底部の表面粗さ(Ra)を1μm以下としたことによって、動圧発生溝のエッジによる相手材の切削摩耗を低減し、かつ潤滑剤を軸受表面に均一に介在させ、摩耗量を低減し、高い信頼性と長寿命化をもたらすことができる。
【0058】
また本発明によれば、セラミック製動圧軸受の動圧発生溝を形成する際に、フォトレジスト膜の露光・現像を利用してマスキングをすることにより形状の制限を全く受けることなく正確にかつ容易にマスキングを行うことができる。また、この表面にコントロールされた硬質微粒子を噴射することにより、サブミクロンオーダーの加工を実現し、所望の凹溝を有したセラミック製動圧軸受を高精度に量産加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のセラミック製動圧軸受の一例である動圧スラスト軸受けを示し、(a)は平面図(b)は(a)中のX−X線断面図である。
【図2】本発明のセラミック製動圧軸受の製造方法を説明する図である。
【図3】本発明のセラミック製動圧軸受の製造方法に使用するガラスマスクを示す平面図である。
【図4】本発明のセラミック製動圧軸受の製造方法を説明する図である。
【図5】一般的な動圧軸受装置を示す断面図である。
【符号の説明】
1:セラミック体
2:動圧発生溝
2a:底部
3:凸部
4:外周部
22:動圧スラスト軸受[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a ceramic dynamic pressure bearing used for supporting a shaft of an electric motor or the like, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, plain bearings, ball bearings, oil-impregnated bearings, and the like have been generally used as bearing devices. However, in the conventional bearing, various problems have arisen as the product becomes thinner and higher in performance.
[0003]
For example, when the thickness of a spindle motor of a floppy disk drive (FDD) device or the like is to be reduced, it is necessary to shorten the bearing, but as the length is shortened, the shaft runout increases. As a result, there is a problem that the eccentricity of the medium is increased and the reliability of data reading / writing is significantly reduced.
[0004]
As a solution to such a problem, a dynamic pressure bearing in which a dynamic pressure generating groove such as a spiral groove is formed on the surface of a radial bearing and / or a thrust bearing has been developed. This is such that the dynamic pressure generating groove exerts a pumping action on the lubricating fluid with the rotation of the spindle motor, so that the fluid pressure rises to float the shaft, form a fluid film, and rotate without contact. . Further, the eccentricity can be remarkably suppressed by the centering effect by the fluid pressure.
[0005]
As shown in FIG. 5, the configuration of the dynamic pressure bearing includes a
[0006]
Here, an important part is the dynamic pressure thrust bearing 22. For example, in the radial direction of a vertical motor, the outer diameter of the
[0007]
Conventionally, both the
[0008]
What is important in the dynamic pressure bearing is a factor relating to the shape and depth of the dynamic pressure generating groove necessary for pumping a lubricating fluid such as oil or gas. High machining accuracy is required for the shape accuracy and groove depth of the
[0009]
In the case of the dynamic pressure thrust bearing 22 made of a metal such as stainless steel, a desired spiral shape and groove depth are formed by performing a chemical etching process. However, this manufacturing method is required to be improved with respect to the environmental problem of waste liquid treatment after the etching treatment, the problem of processing time (mass productivity), and the like. Further, there is a problem that the metal dynamic pressure thrust bearing 22 is easily worn by sliding at the time of starting and stopping.
[0010]
Therefore, it has been proposed that the dynamic pressure thrust bearing 22 is formed of ceramics and the spiral dynamic
[0011]
The shot blast method is well known as a manufacturing method for forming a concave groove on the surface of a ceramic member (see JP-A-60-14615, JP-A-62-278313, JP-A-5-58765, etc.). After fabricating a resin mask or a metal mask excluding the desired groove-forming portion and attaching it to the surface of the ceramic body, a shot blasting process is performed to form a groove in a non-masked portion in a short time. Is what you do.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-mentioned ceramic dynamic pressure bearing has a problem that it is difficult to stably hold the fluid film, and it is easy to wear by contacting a mating material. In this case, the edge of the dynamic pressure generating groove easily cuts and wears the counterpart material, so that the life is short.
[0013]
Further, in the conventional method of manufacturing a ceramic dynamic pressure bearing, the work of manufacturing a mask having a predetermined spiral shape and the like and the work of attaching the mask to the ceramic surface are extremely complicated. Since patterning of the shape cannot be performed with high accuracy, there is a problem that it is difficult to mass-produce efficiently.
[0014]
Furthermore, in terms of processing accuracy, in order to form a concave groove on the surface of the ceramic body in a short time, it is necessary to keep the blast nozzle close to the surface of the workpiece, and the hard blast nozzle sprayed on the surface of the workpiece. Since the fine particles collide with the surface of the workpiece and are gradually worn away, it has been extremely difficult to stably mass-produce a uniform and highly accurate groove depth.
[0015]
Therefore, instead of shot blasting, there is a method of processing grooves in ceramic dynamic pressure bearings using laser light.However, in this case, processing time is required because laser light is applied along the shape of the dynamic pressure generating grooves. Needless to say, the problem that the desired surface smoothness is difficult to obtain due to the deposition of the molten layer on the processed surface, the problem of cracks due to the increase in the heat-affected layer, and the molten layer that precipitates at the boundary between the processed portion and the unprocessed portion There is a problem that it is necessary to remove the iron.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a ceramic dynamic pressure bearing having a dynamic pressure generating groove on its surface, comprising a ceramic having a Young's modulus of 300 GPa or more, an average crystal grain size of 0.5 μm or more, and a surface roughness at the bottom of the dynamic pressure generating groove. (Ra) is 1 μm or less. In the present invention, the surface roughness is represented by a center line average roughness (Ra) specified in JIS B0601.
[0017]
Here, the reason why the ceramics having a Young's modulus of 300 GPa or more was used is that the dynamic pressure generating groove formed with high accuracy (groove depth accuracy of about ± 1 μm) due to deformation under applied load when the ceramic pressure is less than 300 GPa. Is not sufficiently stable.
[0018]
The reason why the average crystal grain size of the ceramic is 0.5 μm or more is that if the average crystal grain size is less than 0.5 μm, the edge of the dynamic pressure generating groove becomes too sharp and cutting wear of the mating material increases. In order to maintain excellent mechanical properties, the average crystal grain size is preferably set to 10 μm or less.
[0019]
The reason why the surface roughness (Ra) of the groove bottom of the dynamic pressure generating groove is set to 1 μm or less is that if it exceeds 1 μm, the holding force of a fluid film formed by a lubricant or the like interposed between the dynamic pressure thrust bearing and the mating material. Is reduced, and the dynamic pressure bearing easily comes into contact with the mating material, and the wear proceeds. Further, the flatness of the bottom of the dynamic pressure generating groove is preferably set to 3 μm or less.
[0020]
Further, the present invention provides a method for manufacturing a ceramic dynamic pressure bearing having a dynamic pressure generating groove on a surface thereof, wherein a photoresist film is formed on a bearing surface of a ceramic body, and then through a mask conforming to the shape of the dynamic pressure generating groove. Exposure and development are performed to remove the photoresist film only in the portion that will become the dynamic pressure generating groove, and to spray hard fine particles having an average particle size of 2 to 20 μm over the entire bearing surface to remove the photoresist film. A dynamic pressure generating groove is formed.
[0021]
Here, the reason why the average particle size of the hard fine particles is 2 to 20 μm is that if the average particle size is less than 2 μm, the processing efficiency is poor, and it is difficult to control the uniform dispersion. This is because the bottom surface cannot have a surface roughness of 1 μm or less.
[0022]
Further, the depth of the dynamic pressure generating groove is preferably in the range of 2 to 30 μm. If the depth is less than 2 μm, it becomes difficult to control the dimensional accuracy, and good surface smoothness cannot be obtained. Conversely, if the depth is more than 30 μm, the groove becomes tapered and the bottom corner of the groove becomes a large R surface, and sufficient dynamic performance is obtained. This is because it is difficult to obtain a pressure effect. Preferably, the thickness is in the range of 2 to 20 μm.
[0023]
The ceramic dynamic pressure bearing of the present invention is a thrust or radial bearing comprising a shaft and a bearing, wherein the shaft and / or the bearing is formed of ceramics and has a dynamic pressure generating groove on its bearing surface. Say things.
[0024]
【Example】
Hereinafter, a dynamic thrust bearing used in a dynamic bearing device of a spindle motor for a VTR will be described as an embodiment of the present invention.
[0025]
As shown in FIG. 5, the dynamic pressure bearing device includes a
[0026]
However, at the time of start / stop, at the time of low-speed rotation, the tip of the
[0027]
As shown in FIG. 1, the dynamic pressure thrust bearing 22 has a spiral dynamic
[0028]
The
[0029]
The dynamic pressure thrust bearing 22 of the present invention uses a highly rigid material having a Young's modulus of 300 GPa or more as ceramics, so that it does not easily deform even when a load is applied, and can maintain an excellent dynamic pressure generating effect. Further, since ceramics having a large average crystal grain size of 0.5 μm or more are used, the edge 2b of the dynamic
[0030]
In order to reduce the surface roughness (Ra) of the bottom portion 2a of the dynamic
[0031]
When the above-described dynamic bearing device is used for a spindle motor of a VTR, the speed is as high as about 3000 rpm, and when the spindle motor of an LBP (laser beam printer) is used, it is as high as about 20,000 rpm. At this time, the
[0032]
Although the
[0033]
Next, a method for manufacturing the dynamic thrust bearing of the present invention shown in FIG. 1 will be described.
[0034]
As shown in FIG. 2 (a), first, after the bearing surface 1a of the
[0035]
Thereafter, a
[0036]
As shown in FIG. 2B, the
[0037]
Thereafter, by removing the
[0038]
As described above, according to the present invention, since the masking is formed by exposing and developing the
[0039]
Further, the
[0040]
Finally, as shown in FIG. 2D, after the
[0041]
Here, in order to form the dynamic
[0042]
Further, as the hard
[0043]
As described above, the hard
[0044]
In this shot blasting process, as shown in FIG. 4, a plurality of
[0045]
The material of the
[0046]
Further, in the above embodiment, the dynamic pressure generating groove is formed in the dynamic
[0047]
Experimental example 1
Here, a dynamic pressure thrust bearing of the present invention shown in FIG. 1 was prototyped, and a test using a ball-on-disk type friction and wear test was performed to examine wear resistance and slidability.
[0048]
As an example of the present invention, a hydrodynamic thrust bearing 22 made of alumina-based ceramics, silicon nitride-based ceramics, and TiC-TiN-based cermet was prepared. On the other hand, as a comparative example, one made of SKH material, one made of zirconia ceramics, and one made of alumina ceramics was used. A material having a roughened surface roughness at the bottom of the dynamic pressure generating groove was prepared.
[0049]
Each sample was subjected to a sliding test under a wet lubrication condition using a ball of high carbon chromium bearing steel SUJ2 as a mating material at a load of 0.5 kg and a relative sliding speed of 0.17 m / s. The results of measuring the amount of wear are as shown in Table 1.
[0050]
As is evident from Table 1, the amount of wear on the mating material was no. While the comparative examples of Nos. 4 to 6 are large, the comparative examples Nos. It is understood that all of the samples Nos. 1 to 3 have extremely small amounts of wear of the mating material, and among them, the cermet is very excellent. No. 1 and No. Comparing No. 6 with No. 6 in which the surface roughness (Ra) of the bottom of the dynamic pressure generating groove was larger than 1 μm despite the same alumina-based ceramic. In No. 6, the amount of wear of the mating material was large. Further, the zirconia ceramics of No. 5 had too small a crystal grain size of 0.5 μm or less, so that the edge of the dynamic pressure generating groove was sharpened, causing cutting wear on the mating material.
[0051]
Therefore, by using ceramics having a Young's modulus of 300 GPa or more and an average crystal grain size of 0.5 μm or more and setting the surface roughness (Ra) of the bottom of the dynamic pressure generating groove to 1 μm or less, it is possible to make it difficult to wear the mating material. .
[0052]
[Table 1]
[0053]
Experimental example 2
Next, the thrust bearing shown in FIG. 1 was manufactured by the above manufacturing method. The
[0054]
The results are as shown in Table 2. In Table 1, No. In No. 1, the processing time could not be controlled because the groove depth was too shallow, and an unprocessed portion remained on the surface of the
[0055]
On the other hand, No. 3 having a groove depth of 2 to 30 μm. With respect to Nos. 2 to 6, there was no problem in terms of accuracy and performance. Particularly, those having a groove depth of 2 to 20 μm (Nos. 2 to 5) showed excellent dynamic pressure effects.
[0056]
[Table 2]
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a ceramic dynamic pressure bearing having a dynamic pressure generating groove on its surface is formed of ceramics having a Young's modulus of 300 GPa or more and an average crystal grain size of 0.5 μm or more, and generates a dynamic pressure. By reducing the surface roughness (Ra) of the groove bottom to 1 µm or less, the cutting wear of the mating material due to the edge of the dynamic pressure generating groove is reduced, and the lubricant is uniformly interposed on the bearing surface to reduce the amount of wear. , High reliability and long life can be achieved.
[0058]
Further, according to the present invention, when forming a dynamic pressure generating groove of a ceramic dynamic pressure bearing, masking is performed by using exposure and development of a photoresist film to accurately and without any shape restriction. Masking can be easily performed. In addition, by jetting the controlled hard fine particles on the surface, processing on the order of submicron is realized, and mass production processing of the ceramic dynamic pressure bearing having a desired concave groove can be performed with high precision.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a dynamic pressure thrust bearing which is an example of a ceramic dynamic pressure bearing of the present invention, wherein (a) is a plan view and (b) is a sectional view taken along line XX in (a).
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing a ceramic dynamic pressure bearing of the present invention.
FIG. 3 is a plan view showing a glass mask used in the method for manufacturing a ceramic dynamic pressure bearing of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for manufacturing a ceramic dynamic pressure bearing according to the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a general dynamic pressure bearing device.
[Explanation of symbols]
1: Ceramic body 2: Dynamic pressure generating groove 2a: Bottom part 3: Convex part 4: Outer peripheral part 22: Dynamic pressure thrust bearing
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---|---|---|---|---|
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JPS62278313A (en) * | 1986-05-26 | 1987-12-03 | Ibiden Co Ltd | Manufacture of dynamic pressure group bearing |
JPS6338715A (en) * | 1986-07-31 | 1988-02-19 | Kyocera Corp | Rotary bearing device |
JPS6357914A (en) * | 1986-08-26 | 1988-03-12 | Ibiden Co Ltd | Dynamic pressure groove bearing and manufacture thereof |
JPS63163016A (en) * | 1986-12-25 | 1988-07-06 | Kyocera Corp | Ceramic rotary shaft |
JP2646120B2 (en) * | 1988-09-29 | 1997-08-25 | 京セラ株式会社 | Ceramic rotating shaft |
JP2973651B2 (en) * | 1991-04-10 | 1999-11-08 | 住友電気工業株式会社 | Composite bearing structure |
JPH07503B2 (en) * | 1991-08-27 | 1995-01-11 | 日本ピラー工業株式会社 | Method for manufacturing ceramic member having highly accurate concave groove on surface |
JPH07242476A (en) * | 1994-03-01 | 1995-09-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Working method of bearing plate with ceramics groove and device therefor |
-
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TWI506211B (en) * | 2009-04-27 | 2015-11-01 | Nippon Steel & Sumikin Eng Co | Slippage structure, bearing apparatus, and seismically isolated structure |
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