JPH0341210A

JPH0341210A - マイクロ軸受機構

Info

Publication number: JPH0341210A
Application number: JP17485389A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Betsui; 圭一別井; Osamu Igata; 理伊形
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1991-02-21
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2817220B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔概要］マイクロ軸受機構に関し、極めて微小な機械装置における各種スライド面に適用さ
れる摩擦低減機構を提供することを目的とし、表面張力が大きい液体に対して濡れ性を持たない表面領
域の中に、前記液体に対して濡れ性の高い複数の独立し
た領域が配設された第１の基体と、前記複数の独立した
濡れ性の高い領域に濡れて密着し、表面上に盛り上がっ
た表面張力の大きい前記液体と、前記液体に対して濡れ
性を持たない表面を有する第２の基体とからなり、前記
第１の基体と前記第２の基体とを、表面張力の大きい前
記液体を挟んで滑動可能なごとくに接触させてマイクロ
軸受機構を槽底する。

〔産業上の利用分野］本発明は極めて微小な機械装置に適用されるマイクロ軸
受機構に関する。

近年、メカトロニクス技術の進歩発展にともない、各種
ロボットや制御機器の応用が益々盛んになってきている
。

とくに、最近は生体への応用や宇宙機器など超重形化が
要求される重要な分野が広がってきており、これらに用
いられる極微小機械装置のスライド面の摩擦抵抗を如何
に小さくするかＸ゛大きな問題になっており、超重形の
摩擦低減機構の開発が強く求められている。

〔従来の技術〕

第６図は従来の平面軸受の構成例を示す図で、極めて一
般的に用いられている２つの固体表面間の摩擦を低減す
る方法である。図中、４０は固定部、６０は移動部、１
００は潤滑油などの潤滑剤である。

すなわち、固定部４０と移動部６０の２つの固体面がス
ライドするときの摩擦抵抗を潤滑油を介して緩和低減す
るもので、大型の機械装置から小形の機械装置まで広く
実用化されている。なお、潤滑油はスライド面に発生し
た熱を奪う冷却剤としての働きも大きいことはよく知ら
れている。

しかし、最近開発が進められている極微小の機械装置、
あるいは機械要素に対して、上記のような摩擦低減機構
を適用することは実用的に殆ど不可能である。

現在、特殊用途に応用が考えられているマイクロ機械装
置は１ｍｍあるいは数１００μｍオーダ以下といった極
微小のサイズのもので、その製造プロセスも、たとえば
、ＩＣプロセス技術を駆使した特殊加工を用いているも
のもある。

第７図は従来のマイクロリンク機構の軸受構成例を示す
断面図である（精密工学会誌、　５４／９／１９８８、
ρ１１参照〉。

同図（イ）は加工の中間工程の、同図（ロ）は完成品の
それぞれについて断面図を示したものである。すなわち
、シリコン基板４１上に燐珪酸ガラス７１．７０とポリ
シリコン４２．６１の層を交互にパタニングしながら、
それぞれ気相成長法（ＣＶＤ法）で成膜していく。この
とき、ポリシリコンは機構部材の形をとるようにエツチ
ングし、一方、燐珪酸ガラスは機構部材間の隙間に相当
する部分に埋め込まれるように積層し、次いで、燐珪酸
ガラスだけが溶解する選択性のあるエツチングを施すこ
とにより、シリコン基板４１上にポリシリコンの機構、
すなわち、軸６１゛１回転アーム４２゛　が組み上がっ
た形でマイクロリンク機構を完成する。

この例では回転アーム４２゛　の長さは１５０μｍとい
った微小なものである。

したがって、このような極微小の機械装置や機構要素で
は、上記マイクロリンク機構の例に見られるように、特
別な軸受機構は設けていないのが現状であり、たかだか
それらスライド面を小さく構成して摩擦をできるだけ抑
えるといった程度に止まっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、今後極めて微小な機械装置や機構要素において
も、比較的負荷容量の大きいもの、あるいは高速移動の
スライド面を要求されるものが多くなってくるので、前
記従来例のように単にスライド面を小さくするといった
程度の手段では、安定した信頼性の高い回転あるいはス
ライド機構が得られないという問題があり、その解決が
必要であった。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、表面張力が大きい液体ｌに対して濡れ性
を持たない表面領域２の中に、前記液体１に対して濡れ
性の高い複数の独立した領域３が配設された第１の基体
４と、前記複数の独立した濡れ性の高い領域３に濡れて
密着し、表面上に盛り上がった表面張力の大きい前記液
体１と、前記液体ｌに対して濡れ性を持たない表面５を
有する第２の基体６とからなり、前記第１の基体４と前
記第２の基体６とを、表面張力の大きい前記液体ｌを挟
んで滑動可能なごとくに接触させて構成したマイクロ軸
受機構によって解決することができる。

（作用］本発明によれば、第１の基体４の濡れ性の悪い表面の所
定の複数箇所に、濡れ性のよい独立した部分を形威し、
そこに表面張力が大きい液体１を、たとえば、半球状に
密着配置し、もう一方の基体６の表面は前記液体１に濡
れない材料で被覆し、側基体を前記液体１を挟んで接触
させると、前記表面張力の大きい液体１の固まりが、丁
度従来のころがり軸受機構のボールと潤滑油のごとき働
きをなすので、比較的負荷容量が大きく、高速移動を要
する極微小の機械装置や機械要素の軸受機構として安定
な動作を可能とするのである。

〔実施例］第１図は本発明の第１実施例の構成を示す図である。同
図（イ）は斜視図、同図（ロ）はＡ−Ａ″断面図（低負
荷時）、同図（ハ）はＢ−Ｂ’断面図（高負荷時）であ
る。

図中、■は表面張力が大きい液体で、たとえば水銀、２
は濡れ性を持たない表面領域で、たとえば、ＳｉＯ□ま
たはポリイミド樹脂膜、３は濡れ性の高い領域で、たと
えば、ＮｉまたはＣｒからなる金属パターン、４は第１
の基体で、たとえば、ガラスまたはＳｉ、５は濡れ性を
持たない表面で、たとえば、ＳｉＯ□またはポリイミド
樹脂膜、６は第２の基体で、たとえば、ガラスまたはＳ
ｉである。

同図（イ）および同図（ロ）に示したように、表面張力
の高い液体１．たとえば、水根は濡れ性の高い領域３．
たとえば、円形のＮｉ部分によく濡れて強く密着固定さ
れ、第１の基体４の表面上に半球状に盛り上がっている
。一方、第２の基体６の表面は濡れ性を持たない表面、
たとえば、ポリイミド樹脂膜で覆われているので、側基
体を半球状の水銀を挟んで接触させても、水銀の表面張
力によって側基体の表面が直接接触することはない。

しかし、両基体間にか狐る負荷が大きくなると、同図（
ハ）に示したごとく半球状の水根は押しつぶされて、側
基体の表面の間の距離が縮まるが、各水銀粒の直径、す
なわち、周囲長が大きくなるので表面張力による内部圧
力が増大して外部からの負荷とバランスしたギャップで
安定する。

この状態で両基体間にすべり力が働くと第２の基体６の
表面は濡れ性を持たない表面５で覆われているので、水
銀が付着することなく極めて滑らかに滑動することがで
きる。

濡れ性の高い領域３の大きさと、その相互の間隔の選択
により、また、表面張力の高い液体の種類を選ぶことな
どによって摩擦抵抗や耐負荷特性さらには高速動作特性
などをを制御することができる。

さて、上記のごとき本発明装置を実現するための製造工
程を以下工程順に具体向に説明する。

第２図は本発明の第２の実施例装置の製造工程の例を示
す断面図である。

工程（１）：厚さ１００　μｍのシリコン基板の上に、
厚さ０．５μｍのポリイミド樹脂層をスピンコード法に
より形成して第２の基体６を準備する。

工程（２）：同しく厚さ１００μｍのシリコン基板の上
に、濡れ性の高い領域３となる厚さ０．５　μｍのＮｉ
１Ｕを真空蒸着法で形成する。

工程（３）：前記処理済み基板のＮｉ膜の上に、厚さ０
．５μｍのポリイミド樹脂層をスピンコード法により形
成する。

工程（４）：前記処理済み基板のポリイミド樹脂層に、
表面張力の大きい液体１を固定させるための孔をホトエ
ツチング法あるいはイオンエツチング法で形威し底面に
Ｎｉ膜を露出させて、第１の基体４を準備する。

工程（５）：前記処理済み基板のＮｉ膜露出面に、たと
えば、Ｈｇ（Ｎ（ｈ）ｚ水溶液中でＮｉ膜を陰極にして
電解めっきを行い、半球状に盛り上がった水銀粒からな
る液体１を形成する。

工程（６）：上記処理による第１の基体４と、同しく第
２の基体６を、前記電解析出された水銀粒からなる液体
ｌを挟んで滑動可能なごとくに接触させて、こ＼には示
してないハウジングとともに全体を構成すれば本発明の
マイクロ軸受機構を形成することができる。

なお、上記実施例の製造方法は一例であり、本発明のマ
イクロ軸受機構を構成するために、適宜他の材料や製造
プロセスを組み合わせて使用できることは言うまでもな
い第３図は本発明の第３実施例の構成を示す図で、第■の
基体４の上に、先ず濡れ性を持たない表面領域２となる
層を形威し、その上に複数の独立した濡れ性の高い領域
３を形威し、さらにその上に表面張力が高い液体１を半
球状に固着させたのち、前記第２実施例と同様に形成し
た第２の基体６を組み合わせる構成にしたものであり、
材料、プロサスの組み合わせなどにより、製造が容易な
構成を適宜選べばよい。

第４図は本発明の第４実施例の構成を示す図で、同図（
イ）はＡ−Ａ”断面図、同図（ロ）は側面図である。本
実施例は、いわゆる、ころがり軸受に適用した場合で第
１の基体４のすべり面は円形に穿たれた円筒内面で、そ
こに表面張力の高い液体ｌが配設されている。一方、第
２の基体６は丸棒でその外面に濡れ性を持たない表面５
を形成して、表面張力の高い液体１と接触するように構
成されている。

第５図は本発明の第５実施例の構成を示す図で、いわゆ
る、ピボット軸受に適用した場合であり、第１の基体４
が固定部で、そこに穿たれた円錐孔の内面に表面張力の
高い液体ｌが配設されている。

一方、第２の基体６は旋回軸となる丸棒でその先端が円
ｉｆＣ状に加工されており、その外面に濡れ性を持たな
い表面５を形成して、表面張力の高い液体１と接触する
ように構成されている。

なお、以上の実施例の構成はいずれも具体的な例を示し
たものであり、本発明はこれらの例に止まらず、他の形
状やデザインに広く適用できることは言うまでもない。

、〔発明の効果〕以上説明したように、本発明によれば、第１の基体４の
濡れ性の悪い表面の所定の複数箇所に、濡れ性のよい独
立した部分を形成し、そこに表面張力が大きい液体ｌを
、たとえば、半球状に密着配置し、もう一方の基体６の
表面は前記液体■に濡れない材料で被覆し、周基体を前
記液体ｌを挟んで接触させると、前記表面張力の大きい
液体１の固まりが、丁度従来のころがり軸受機構のボー
ルと潤滑油のごとき働きをなすので、比較的負荷容量が
大きく、高速移動を要する極微小の機械装置や機械要素
の軸受機構として極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す図、第２図は
本発明の第２実施例装置の製造工程の例を示す断面図、第３図は本発明の第３実施例の構成を示す図、第４図は
本発明の第４実施例の構成を示す図、第５図は本発明の
第５実施例の構成を示す図、第６図は従来の平面軸受の
構成例を示す図、第７図は従来のマイクロリンク機構の
軸受構成例を示す図である。図において、ｌは表面張力が大きい液体、２は濡れ性を持たない表面領域、３は濡れ性の高い領域、４は第１の基体、５は濡れ性を持たない表面、６は第２の基体である。（・１′）４＋見泗（ハ）Ｂ３′が面図（′亭１すυ 本衾ヨ］の第１實メ己・（ｉ・１刀、５（戎Ｅ干Ｔ２第イ図不・発明の昇２デ紀て列冠量の粱逐二規のブタ・ｊΣオ
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Claims

【特許請求の範囲】表面張力が大きい液体（１）に対して濡れ性を持たない
表面領域（２）の中に、前記液体（１）に対して濡れ性
の高い複数の独立した領域（３）が配設された第１の基
体（４）と、前記複数の独立した濡れ性の高い領域（３）に濡れて密
着し、表面上に盛り上がった表面張力の大きい前記液体
（１）と、前記液体（１）に対して濡れ性を持たない表面（５）を
有する第２の基体（６）とからなり、前記第１の基体（４）と前記第２の基体（６）とを、表
面張力の大きい前記液体（１）を挟んで滑動可能なごと
くに接触させたことを特徴とするマイクロ軸受機構。