JPS62261713A - 動圧グル−ブ軸受の製造方法 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、相対向する軸受とジャーナルの何れか一方の
部材に動圧発生用の溝が設けられた動圧グループ軸受の
製造方法に関し、特に本発明は、前記動圧発生用の溝が
設けられる部材がセラミックスにより製作されてなる動
圧グループ軸受の製造方法に関する。

〔従来技術〕

動圧グループ軸受は相対回転運動を行なう２つの面の一
方の面に対して数μｍ〜ｍ数百μｍ程度の浅い溝を形成
し、相対回転運動によってこの浅い溝に沿って流体を引
き込み、負荷に応じた動圧を発生させて負荷を支えるも
のであり、前記軸受としては平面スパイラルグループ軸
受、ヘリングボーン軸受１川錐スパイラルグループ軸受
１球面スパイラルグループ軸受などが知られている。

第５図ｆａｌは、平面スパイラルグループ軸受の一部破
砕縦断面図であり、同図（ｂ）は、軸受板の溝の形状を
示す平面図である。回転軸１の端部には回転軸１の軸芯
と直角にジャーナルとして平板２が固定されており、こ
の平板２に対向して固定側の軸受板３が配置され、軸受
板３のジャーナルに対向する面には複数本のスパイラル
溝４が形成されている。ここで、回転軸１が矢印５の方
向すなわち時計廻りと逆方向へ回転すると平板２に接し
ている流体が平板２と共に回転し、同時にスパイラル溝
４に沿って流体が外周から内側へ向かって流れることに
なるために平板２と軸受板３との間に流体の動圧が発生
し、回転軸１の端部に固定された平板２は実質的に軸受
板３と接触することなく回転する。

第５図（Ｃ）はへリングボーン軸受と称される形式の動
圧グループ軸受の一部破砕断面図であり、回転軸は透視
した状態で示しである。回転軸１の外周面であるジャー
ナルと固定側の軸受６との間でラジアル軸受を構成して
おり、軸受６の内周面にヘリングボーン（魚の骨）状の
溝７（黒い部分）が形成されている。このヘリングボー
ン軸受は回転軸１が矢印５の方向へ回転することによっ
て流体が軸受６の両側から中央部へ引き込まれるので回
転軸１のジャーナルと軸受６との間に流体の潤−滑膜が
形成され半径方向荷重を支える。　　　　。

第５図（ｄｌは円錐スパイラルグループ軸受であって、
回転軸１の端部を円錐台形のジャーナルとし、その表面
にスパイラル溝４を形成し、この円錐形と対応して軸受
８側に形成された凹部９との間の相対回転運動によって
スパイラル溝４が形成されたジャーナル面と軸受８の凹
部９の底部に流体を引き込むものであり、スラスト荷重
ばかりでなくラジアル荷重をも支えることができる。

第５図（ｅ））は球面スパイラルグループ軸受であって
、回転軸１の端部を球面形状のジャーナルとし、併せて
軸受１０にも球面状の凹部１１を形成して、回転軸１側
のジャーナル表面にスパイラル溝１２を設けたものであ
る。この球面スパイラルグループ軸受もスラスト荷重と
ラジアル荷重とを同時に支えることができるものである
。尚前述の如き動圧グループのいずれの場合であっても
スパイラルグループあるいはへリングボーングループを
形成する面としては、ジャーナル側、軸受側のいずれの
面でもよく、またスパイラルグループあるいはへリング
ボーングループに隣接するランド１３は平滑な平面又は
曲面であることが必要で、且つ、スパイラルグループあ
るいはへリングボーングループが形成されていない側の
相対向する面もランド１３と同じく平滑な平面又は曲面
でなければならない、このような動圧グループ軸受は、
グループが設けらていない動圧すべり軸受（例えば、チ
ルティングバンド軸受）に比べて理論的には著しく大き
な負荷を支えることができることが知られている。

以下、本明細書ではスパイラルグループ及びヘリングボ
ーングループ等動圧グループ軸受に形成されているグル
ープ（溝）を総称してスパイラルグループと称する。従
来このスパイラルグループは相対向する面に介在する流
体の粘性にもよるが、数μｍ〜ｍ数百μｍの溝深さのも
のが望ましいとされている。そして、このスパイラルグ
ループを形成する方法としては、原理的には■メッキ盛
り上げ法、■放電加工法、■化学エツチング法、■ショ
ツトブラスト法、■超音波加工法などさまざまな方法が
提案されている。　メッキ盛り上げ法は平滑に仕上げた
スパイラルグループを形成すべき面にスパイラルグルー
プとすべき部分を絶縁材料で覆いランドに相当する部分
の表面を露出させて電気メッキでランドを形成する方法
であるが、スパイラルグループを形成すべき面を構成す
る材料が導電性の金属材料に限定される。

放電加工法はスパイラルグループが形成される部材を油
に浸漬して一方の電極としスパイラルグループが形成さ
れるべき位置の近傍にもう一方の電極を配して両者間に
高周波電位を印加してスパークさせ、スパイラルグルー
プに相当する溝を作り出す方法である。

化学エフナング方法は、スパイラルグループが形成され
る部材の表面のランドに相当する部分を化学的に安定な
物質（一般には合成樹脂）で覆い腐食作用をもつ液体中
に浸漬し、腐食によってスパイラルグループを形成しそ
の後、洗浄液によってランドの表面を覆っている物質を
除去する方法である。

ショツトブラスト法は特開昭５７−１５１２１号公報及
び特開昭６０−１４６１５号公報に開示されている方法
であって、金属の表面に平滑なセラミックスのコーティ
ングを施し、ランドに相当する部分を金属マスク又は樹
脂マスクで覆い、ショツトブラストによってセラミック
スのコーティングを剥離し、金属表面を露出させてスパ
イラルグループの底面とする方法である。

〔発明が解決すべき問題点〕

ラジアル荷重やスラスト荷重を支える軸受としては、原
理的にはころがり軸受、すべり軸受（動圧軸受、静圧軸
受）、磁気軸受などさまざまなものがあり、従って本発
明に関連する動圧グループ軸受も他の方式の軸受に比べ
て優れた軸受性能を具備しなければ実用的な価値は薄れ
てしまう。

従来の動圧グループ軸受は理論的な検討から示唆される
高い負荷容量を発揮することができず、又、相対向する
面の加工及びスパイラルグループの加工が難しく価格的
にも高価であり、ビデオディスク、磁気ディスク或いは
レコードプレーヤなど特殊な用途にしか実用されていな
かった。

又、その具体的な製造技術については公表されることが
少なく、日経メカニカル１９８２年５月２４日号に記載
されているような方法、即ち、前述したさまざまなスパ
イラルグループの加工方法によっでも高性能を有する動
圧グループ軸受を得ることは容易ではなかった。

（問題点を解決するための手段） 本発明者等はさまざまな研究の結果、動圧グループ軸受
において、その負荷容量を高めるためには、動圧グルー
プ軸受の相対向する面の精度を高めるばかりでなく、所
定の動圧が発生した状態においても、その精度が劣化し
ないように初期の精度を維持せしめることが重要である
ことを確認し、さらにこの知見に基づく動圧グループ軸
受を安価に効率よく製造する方法に想到したものである
。

〔目的および構成〕

本発明は、従来理論的な検討においては高い軸受性能が
示唆されていながら容易に製造することができなかった
動圧グループ軸受の製造方法に関し、確実に、且つ安価
に、又あらゆる形式のグループであっても製造を可能と
した動圧グループ軸受の製造方法を提供することを目的
とするものであり、特許請求の範囲記載の方法を提供す
ることによって、前記目的を達成することができる。即
ち本発明は、相対向する軸受とジャーナルの何れか一方
に動圧発生用の溝が設けられてなり、かつ前記軸受とジ
ャーナルとの微小な間隙に流体が介在した状態で相対運
動が行われる動圧グループ軸受の製造方法において、 下記（ａｌ〜（ｆｌ工程のシーケンスからなることを特
徴とする動圧グループ軸受の製造方法。

（Ｍｌ　　前記軸受とジャーナルの何れか少なくとも一
方をセラミックスにより製作する工程；（ｂｌ　　前記
軸受とジャーナルの何れか一方であって、かつセラミッ
クス製の部材の相対向する面上に感光性樹脂層を形成す
る工程； （Ｃ）　　前記感光性樹脂層の表面をパターンフィルム
により被覆した後、露光する工程； （ｄ）　　前記感光性樹脂層の露光部分を現像して未露
光部分の感光性樹脂層を除去してパターンを形成する工
程； （ａｌ　　前記パターンが形成された面の樹脂層が除去
された部分にショツトブラスト処理を施して溝を形成す
る工程；および （ｆｌ　　前記面上の樹脂層を除去する工程。

に関するものである。

本発明によれば前記感光性樹脂層の膜厚を厚くするため
に、必要に応じて、感光性樹脂を２回以上塗布すること
もできる。また、動圧発生用の溝が形成されるべきセラ
ミックスの上に微細な粒子や油分などに異物が付着して
いる場合には必要に応じて、有機溶剤、アルカリ性水溶
液、酸性水溶液、温水等によって洗浄を行う前処理を行
うこともできる。

〔作用〕

本発明によれば動圧発生用の溝が形成される相対向する
面を構成する部材として極めて硬質の材料であるセラミ
ックスを選択しているので、大きな動圧が発生した状態
においても動圧発生用に形成された溝の形状及び面の形
状が変形したりあるいは破損することなく初期の理想的
な形状を長期間にわたって維持することができる。また
、本発明によれば、動圧発生用の溝の模様はセラミック
スの表面に予め塗布又は浸漬によって所望の厚さに形成
された感光性樹脂層をパターンフィルムで覆い露光・現
像することにより形成される。そして未露光部分の感光
性樹脂層を除去したのちにセラミックスの表面に残され
た感光性樹脂層は樹脂層自体がセラミックスの表面に強
固に付着しているので模様の幅に狭い部分であっても容
易に脱落することがなく、極めて精度の優れた模様を形
成することができる。

次に本発明を実施例によって説明する。

〔実施例〕

第５図山）に示した平面スパイラルグループ軸受を本発
明によって次のように製造した。

＋１）　　成形工程 ＳｉＣの微粉末（平均粒径０．１５μｍ）を円板状に成
形したのち、得られた生成形体を常圧高温下で焼成し、
直径５０ｍ、厚さ２１の円板とした。また、円板の表面
（動圧発生用の溝が加工されるべき面）をラップ仕上げ
によって平滑でうねりが少ない平面とした。第３図はラ
ップ仕上げされた面の面粗度を示すチャートである。

又第４図はラップ仕上げされた面の顕微鏡写真であり拡
大倍率は約１０００倍である。

（２）前処理工程 前記成形工程で得られた平滑なＳｉＣ円板をトリクレン
によって洗浄し、９０〜１００℃（７）２０ｗｔ％Ｎａ
ＯＨ水溶液に５分間浸漬して脱脂した。

脱脂後６０℃の温水で５分間洗浄し、次いで１０ｗｔ％
Ｈ，Ｓ０４水溶液で中和しさらに６０℃の温水で洗浄し
セラミックスの円板の表面を清浄な状態とした。

（３）塗布工程 液状感光性樹脂としてケイ皮酸エステル系樹脂（東京応
化工業株式会社製ｒＯＦＲＲＪ）を用い、これに溶剤と
してトルエンを適当量添加し粘度調整して清浄な円板の
表面に塗布した。

尚、塗布する場合の粘度は１０〜５０ＰＳの範囲であり
、円板を浸漬する場合には５〜２０ｐｓの粘度が適して
いた。

（４）　　予備硬化工程 液状感光性樹脂が塗布された円板を１００℃で１５分間
保ち硬化させた。尚、感光性樹脂層の膜厚は塗布工程：
予備硬化工程をくり返し行なうことにより所望の膜厚と
することができる。

本実施例においては塗布工程・予備硬化工程を３回くり
返し行なうことによって１５μｍの予備的に硬化された
感光性樹脂層をセラミックスの円板の表面に形成した。

（５）露光工程 予備硬化した感光性樹脂層で覆われたセラミックスの円
板を露光治具（後述）にセットし、パターンフィルムを
この円板上にセットして超高圧水銀灯を使用し、５０ｍ
Ｊ／ｃｍ”の光を３０秒間露光した。

第１図は露光治具１３に円板１４．パターンフィルム１
５をセットした状態の平面図であって、露光治具１３は
４角の金属台１３ａ上に円板１４の位置決め用の枠１３
ｂ、パターンフィルムの位置決め用の枠１３ｃ及びパタ
ーンフィルム保持合１３ｄが突出して形成され、円板１
４を枠１３ｂに合わせ、その後パターンフィルム１５を
枠１３ｃに合わせて円板１４上にのせる。

パターンフィルム１５には予め第１図に示したうず巻模
様が形成されているので超高圧水銀灯下で露光した場合
、パターンフィルム１５の透明な部分の下にある感光性
樹脂層に対して光が照射されることになる。

（６）　　パターン形成工程 露光後の円板１４を２５℃の現像液で２分間処理し、露
光された部分の感光性樹脂と反応させてスパイラル模様
のパターンを発現させ、次いで未露光の感光性樹脂層を
除去した。

（７）溝加工工程 セラミックスの平滑な表面をスパイラル模様の樹脂層で
覆ってなるパターン形成工程後の円板１４の表面に、平
均粒径が７００メツシユの炭化ケイ素粒子を用いて平均
溝深さが約１０μ閣となるようにショツトブラストを行
なった。このときのシッソト時間は１２０秒であった。

（８）＃膜工程 ２５℃に維持した専用の剥膜液塩化メチレンに２分間浸
漬し、樹脂層を除去し、温水で洗浄してＳＩＣからなる
動圧グループ軸受の動圧発生用の溝が形成された面とし
た。

第２図は動圧発生用の溝が加工成形されたセラミックス
の円板の表面における面粗度を計測したチャートである
。

第２図から明らかなように、ランドに相当する部分１６
は樹脂層で被覆されていたためにショツトブラストによ
っても何等損傷を受けておらず、平滑な面が維持されて
おり、ランド１６及びグループ１７の凸凹模様もシャー
プであった。

なお、前述の各工程についての実施態様をさらに詳細に
述べれば、先ず、成形工程において、軸受に用いるセラ
ミックスは高強度で熱伝導性の良好なものが望ましく、
ＳｉＣ，５ｉｓＮｎが適している。また、焼結されたセ
ラミックスは緻密な組織であることが望ましい。さらに
動圧発生用の溝が形成されるべき面は、その面のサイズ
および使用条件にもよるが例えば平面の場合には１μ■
以下の面粗度であり且つ面全体におけるうねりが±５μ
ｍ以下であることが望ましく、又、曲面（球面円筒面１
円錐面など）の場合には面粗度が±１μ重に仕上げたも
のを用いるべきである。

前処理工程は、軸受面の汚染状況によって適宜変更でき
るものであり、前述の各操作に超音波洗浄を併用したり
、別途超音波洗浄操作を追加したりすることも効果的で
ある。感光性樹脂層を形成する工程について述べれば、
例えば液状の感光性樹脂を用いる場合にはその粘性の好
適範囲は塗布操作が塗布によって行われるのか或いは浸
漬によって行なわれるかで、若干異なり、前述の如く塗
布の場合には１０〜５０ＰＳ。

浸漬の場合には５〜２０ＰＳの範囲が適当である。感光
性樹脂層の膜厚は、その後の溝加工工程におけるショツ
トブラストの条件を考慮して決定されるべきものである
がショツトブラストに用いる粒子が小粒径（例えば１５
００メツシユ）であれば膜厚が薄くてもよく、大粒径（
例えば１００μｍ）の粒子を用いるものであれば０．１
〜０．３　Ｍ程度と厚くなるので塗布工程を多数回に亘
ってくり返し行なうことが必要となる。また、この塗布
工程において用いられる感光性樹脂としてはポリイミド
系樹脂、ウレタン系樹脂或いはエポキシ系樹脂等の感光
性樹脂がある。

ここで用いる感光性樹脂の感光特性にもよるが、４００
０人〜５０００人程度の可視光領域においても感光性が
ある場合には塗布工程、予備硬化工程、露光工程、パタ
ーン形成工程において光源に適切なフィルタを設けて感
光する領域の波長を除去したものを作業用の光源として
用いることが好ましい。また、パターン形成工程におい
て用いられる現像液は塗布工程で用いた感光性樹脂に合
致したものを用いるべきであり、又、予備硬化された感
光性樹脂層が厚い場合には露光時間、現像時間及び定着
時間が長くなる。

また、溝加工工程においては、ショソトブラストに用い
る粒子は、炭化ケイ素、アルミナ。

酸化ケイ素などさまざまな物質を用いることができるが
、溝深さが深い場合には大粒径の粒子を用い、浅い溝を
形成する場合には小粒径の粒子を用いるのが望ましい。

尚、溝の深さは相対向する面の間に介在させる流体の粘
性によって異なり、低粘性の流体程溝は浅くするべきで
あり、その場合ショツトブラストの時間を調整すること
で容易に溝深さを変えることができる。

（効果〕 本発明においては、動圧グループ軸受の動圧発生用の溝
が形成されるべき部材をセラミックスで構成しているの
で大きな動圧が発生した場合においても、動圧発生用の
溝の形状が変形せず、高い負荷領域においても好適に動
圧を発生し得る動圧グループ軸受を製造することができ
る。

また、本発明においては、動圧発生用の溝が形成される
べきセラミックスの表面に対し、予め所定の液状感光性
樹脂層を形成・硬化したものにパターンフィルムに形成
されたスパイラル模様を露光により転写するものである
から、所望のスパイラル模様が細線によって形成されて
いるものであっても極めて正確にセラミックスの表面と
密着した感光性樹脂層に転写でき、しかも、現像・定着
後軸受面上に残留している樹脂層は極めて良好に又、全
面においてセラミックスの表面と接合されているので容
易に脱落や変形することがなく、このことからショツト
ブラストに際してもスパイラル模様に樹脂層が常にラン
ドに対応する部分を確実に被覆しているので所望のスパ
イラル溝形状をもつ部材が得られるものである。

しかも、本発明の製造方法は軸受の相対向する面が曲面
であっても平面と同様に簡単に実施することができるも
のである。

このように、本発明の動圧グループ軸受の製造方法によ
れば簡単な操作で高性能な動圧グループ軸受を製造する
ことができ、その製造コストも従来の方法に比べて安価
なものとなり、多量に均質な軸受を製造できるので、実
用上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、露光治具の使用状態を示す平面図、第２図は
、本発明によって製造された動圧グループ軸受の表面の
面粗度を示すチャート、第３図は、ラップ仕上げされた
セラミックスの面粗度を示すチャート、 第４図は、ラップ仕上げされたセラミックスの表面組織
の顕微鏡写真、 第５図（ａｌは平面スパイラルグループ軸受の一部破砕
縦断面図、第５図（ｂ）は軸受板の溝の形状を示す平面
図、第５図（ｃ）はへリングボーン軸受の一部破砕断面
図、第５図＋ｄ）は円錐スパイラルグループ軸受の一部
破砕断面図、第５図（ｅ）は球面スパイラルグループ軸
受の一部破砕断面図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、相対向する軸受とジャーナルの何れか一方に動圧発
   生用の溝が設けられてなり、かつ前記軸受とジャーナル
   との微小な間隙に流体が介在した状態で相対運動が行な
   われる動圧グループ軸受の製造方法において、 下記（ａ）〜（ｆ）工程のシーケンスからなることを特
   徴とする動圧グループ軸受の製造方法。 （ａ）前記軸受とジャーナルの何れか少なくとも一方を
   セラミックスにより製作する工程； （ｂ）前記軸受とジャーナルの何れか一方であって、か
   つセラミックス製の部材の相対向する面上に感光性樹脂
   層を形成する工程； （ｃ）前記感光性樹脂層の表面をパターンフィルムによ
   り被覆した後、露光する工程； （ｄ）前記感光性樹脂層の露光部分を現像して未露光部
   分の感光性樹脂層を除去してパターンを形成する工程； （ｅ）前記パターンが形成された面の樹脂層が除去され
   た部分にショットブラスト処理を施して溝を形成する工
   程；および （ｆ）前記面上の樹脂層を除去する工程。 ２、前記溝が設けられる部材は、炭化珪素、窒化珪素、
   ジルコニア、アルミナ、ムライト、サイアロンのなかか
   ら選ばれる何れか少なくとも１種であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３、前記感光性樹脂はポリイミド系樹脂、ウレタン系樹
   脂、エポキシ系樹脂のなかから選ばれる何れか少なくと
   も１種であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の方法。