KR20010051572A

KR20010051572A - 유체동압 베어링, 유체동압 베어링 장치, 유체동압베어링의 제조방법 및 베어링 표면 가공방법

Info

Publication number: KR20010051572A
Application number: KR1020000066460A
Authority: KR
Inventors: 가시와다츠요시; 곤노가츠시게; 가네코가오루; 기요카와다다시; 기요카와하지메
Original assignee: 기요카와 멕키 고교 가부시키가이샤; 핫토리 쥰이치; 세이코 인스트루먼트 가부시키가이샤
Priority date: 1999-11-09
Filing date: 2000-11-09
Publication date: 2001-06-25
Also published as: US6447167B1; JP2001200838A; US20020164096A1

Abstract

본 발명의 과제는, 유체동압 베어링에 의해 회전자를 회전가능하게 지지하는 유체동압 베어링 장치에서, 기동정지시의 동압 베어링면의 접촉 미끄럼 이동에 기인하는 장치의 마모를 방지하여 내구성을 높이는 것, 동압 발생용 홈의 가공을 용이하게 하는 것 및 베어링면끼리의 흡착을 방지하는 것이다.

그 해결수단으로서, 유체동압 베어링 장치(1)의 동압 베어링부(3a, 3b)에 발수성을 가지는 저마찰 금속층(C)을 설치함으로써, 마찰이 작고, 마모나 발진을 효과적으로 억제할 수 있고, 결로 등에 의한 베어링면 끼리의 흡착을 방지할 수 있게 되는 것이다.

Description

유체동압 베어링, 유체동압 베어링 장치, 유체동압 베어링의 제조방법 및 베어링 표면 가공방법{Fluid dynamic bearing, fluid dynamic bearing device, method for manufacturing fluid dynamic bearing and method for processing surface of bearing}

본 발명은 베어링 표면에 발수(撥水)성을 가지는 저마찰 금속층이 설치된 유체동압 베어링, 유체동압 베어링 장치, 유체동압 베어링의 제조방법 및 저마찰 금속층을 베어링 표면에 형성한 베어링 표면 가공방법에 관한 것이다.

최근, 정보처리나 화상처리의 고속화에 따라, 폴리곤(polygon) 스캐너 모터장치나 디스크 장치 등의 회전체를 구동하는 구동 모터에는, 유체동압 베어링 장치가 이용되게 되어, 소형 견고함, 고내구성, 안정된 고속 회전 등이 요구되고 있다.

이러한 요구에 따르기 위해, 예컨대 도 6에 도시한 바와 같이, 회전체(3)와, 고정부(5) 및 고정부(5)에 고착한 고정축(9)을 세라믹재로 구성한 발명이 특개소 63-241516에 개시되어 있다. 이 종래 장치는 다면경(폴리곤 미러)(2)을 가지는 회전체(3)를 고정부(5)에 설치한 고정축(9)에서 회전 가능하게 설치하고, 상기 회전체(3)에 설치한 마그넷(13)과, 이 마그넷(13)에 대향하여, 상기 회전체(3)를 회전시키는 스테이터 코일을 가지는 전기자(電機子)(11)를 구비하고 있다.

그리고, 회전체(3)의 고정부(5)나 고정축(9)에 대향하는 베어링면 및 고정부(5)와 고정축(9)에 형성된 회전체(3)에 대향하는 베어링면 중 어느 하나에 동압 발생 홈을 형성하고 있고, 공기 동압에 의해 고정부(5)는 회전체(3)를 회전 가능하게 지지하는 것이지만, 세라믹 재료로 동압발생 홈을 정밀하게, 또 제조 비용을 상승시키지 않고 가공하는 것이 매우 어려운 문제가 있다.

따라서, 상기한 문제를 해결하기 위해 상기한 세라믹재 대신에, 저렴하고 가공성이 좋은 경금속 등을 이용한 유체동압 베어링이 있다. 예컨대, 회전 다면경 장치에 사용하는 유체동압 베어링에서는, 알루미늄 합금제의 다면경과의 재질을 같은 것으로 하는 장점, 예컨대 온도변화에 대한 장점도 있기 때문에, 알루미늄재의 채용이 바람직하다. 그리고, 알루미늄재 등의 내마모성 등을 향상시키기 위해, 베어링 표면에 SiC 미립자를 포함한 Ni-P 무전해 도금을 행하는 것이나, 저마모 수지층을 코팅하는 것이 알려져 있다.

그러나, 베어링 표면에 SiC 미립자를 포함하는 Ni-P 무전해 도금을 행하는 데에는, 베어링 표면에 요철이 남는다. 그리고, 2∼6㎛ 정도의 클리어런스를 가지는 유체동압 베어링에서는, 이러한 표면의 요철은 동압효과를 손상시키므로 바람직하지 않다. 또, 마찰력이 비교적 크기 때문에, 모터 기동시 또는 정지시의 베어링면의 접촉에 의한 마모나 발진도 문제가 된다.

한편, SiC 미립자를 포함하는 Ni-P 무전해 도금에 의해 저마찰 수지층을 형성하는 것에서는, 표면의 요철이 작기 때문에, 이에 따른 동압 효과의 손실은 저감할 수 있지만, 반대로 요철이 없기 때문에 결로 등에 의한 베어링면끼리가 흡착되기 쉬운 새로운 문제가 발생한다. 또, 경성(硬性)이 불충분하여, 마모나 발진의 문제를 완전하게 해결하는 것이 어렵다. 또, 도전성이 없기 때문에, 회전체에 정전기가 고이기 쉬운 문제도 있다. 또, 수지의 코팅은 수지층의 두께를 조절하기 어렵고, 조합해서 사용하는 부재에 대해 여러 단계의 크기의 것을 준비하여 선택하거나, 미리 두께에 코팅을 행한 후 소정의 두께까지 절삭하는 등의 공정이 필요하게 되어, 번거롭다.

따라서, 본 발명은 상기한 과제를 해결할 수 있는 유체동압 베어링, 유체동압 베어링 장치, 유체동압 베어링의 제조방법의 제공 및 베어링 표면 가공방법의 실현을 목적으로 하는 것이다.

본 발명은 고정자측에 고정된 고정부재와, 상기 고정자에 대해 회전가능한 회전자측에 고정되어, 상기 고정부재와 유체를 통해 대향하는 회전부재와, 상기 회전자의 회전시에, 상기 회전부재와 고정부의 사이에 상기 유체에 의한 동압을 발생시키는 유체동압 발생수단을 구비하고, 상기 회전부재 및 상기 고정부재 중 적어도 한 쪽은 다른쪽과의 대향 표면이 발수성을 가지는 저마찰 금속층인 유체동압 베어링(본 발명의 제1 구성)을 제공함으로써, 상기 목적을 달성한다.

본 발명은 상기 유체동압 베어링의 베어링 표면에 발수성을 가지는 저마찰 금속층을 설치함으로써, 상기한 과제를 해결하는 것이다. 즉, 저마찰의 금속층을 설치함으로써, 마찰이 작고, 마모나 발진을 효과적으로 억제할 수 있는 것이다. 또, 발수성의 금속층을 설치함으로써, 결로가 고이는 것을 회피할 수 있어, 결로 등에 의해 회전부재와 고정부재와의 사이에서 흡착이 발생하는 것을 방지하고, 또 결로에 의한 부식을 방지할 수 있다.

발수성을 가지는 저마찰 금속층은, 도금에 의해 형성할 수 있다. 그리고, 이 발수성을 가지는 저마찰 금속층의 층압은, 도금액의 각 성분의 농도나 도금시간, 온도 등을 관리함으로써, 엄밀하게 관리할 수 있어, 유체동압 베어링의 회전부재나 고정부재에 설정된 엄밀한 소정 교차 내로 억제할 수 있다.

또, 저마찰 금속층은 양호한 전도율을 가지기 때문에, 정전기가 고이는 것을 회피할 수 있다.

상기 발수성을 가지는 저마찰 금속층의 층 두께는, 이 유체동압 베어링을 채용하는 장치에도 의하지만, 층 두께의 오차를 동압에 영향을 주지 않는 소정 교차내로 제어하면서, 저마찰성 및 발수성을 발휘시키기 위해서는, 0.2∼20㎛가 바람직하고, 5∼10㎛가 보다 바람직하다.

본 발명은 상기 제1 구성의 유체동압 베어링에서, 상기 발수성을 가지는 저마찰 금속층이 금속 베이스 중에, 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 분산시켜 이루어진 유체동압 베어링(본 발명의 제2 구성)으로 할 수 있다.

이 미세한 입자는 저마찰 금속층에 대략 균일하게 분산하고, 상기 저마찰 금속층에 고르게 저마찰성 및 발수성을 발휘시키고, 또 동압에 영향을 주는 크기의 요철을 발생시키지 않게 하기 위해서는, 0.1∼10㎛인 것이 바람직하고, 0.1∼0.5㎛인 것이 보다 바람직하다.

금속 베이스로서는, Ni-P, Ni-B, Ni-Co-P, Ni, Ni-Co, Co, Ni-W, Cr 등을 이용할 수 있다.

제2 구성의 상기 유체동압 베어링은, 상기 회전부재 및 상기 고정부재 중의 한 쪽은 다른 쪽과의 대향 표면이, 금속 베이스 중에 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 분산시켜 이루어진 발수성을 가지는 저마찰 금속층이고, 다른 쪽은 상기 저마찰 금속층과 마찬가지의 금속 베이스로 이루어진 금속층으로 할 수 있다.

이와 같이, 상기 회전부재 및 상기 고정부재 중의 한 쪽은 다른 쪽과의 대향표면에 상기 미세 입자를 분산시키고, 다른 쪽은 마찬가지의 금속 베이스의 금속층으로 함으로써, 서로의 대향 표면의 마모를 보다 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또, 본 발명은 제2 구성의 유체동압 베어링에서, 상기 미세한 입자는 불소 화합물의 미립자인 유체동압 베어링(제3 구성)으로 할 수 있다.

상기 불소 화합물의 미립자로는 RTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), FEP(테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체), PFA(테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬비페닐에스테르 공중합체), PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌), ETFE(테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체), 플루오르화 흑연 등 중 적어도 하나로 이루어진 미립자 및 이들의 미립자를 다수 종류 혼합한 것을 이용할 수 있다. 이들은 자기 윤활성, 비점착성, 미끄럼 이동성(저마찰성), 발수성, 발유성에 뛰어나, 바람직하게 이용되고, 특히 PTFE는 보다 바람직하게 이용된다.

또, 본 발명은 상기 제1 구성에서 제3의 구성의 유체동압 베어링에서, 상기 저마찰 금속층은 경도 Hv600 이상 1000 이하이고, 또 마찰 계수 0.25이하인 유체동압 베어링(제4 구성)을 제공한다.

제1에서 제3 구성의 유체동압 베어링에서는 저마찰 금속층으로서, 경도 Hv600∼1000이고, 또 마찰계수 0.25이하가 되는 것을 형성할 수 있다. 그리고, 경도 Hv600이상이고, 또 마찰계수 0.25이하인 저마찰 금속층은, 회전자의 회전기동·정지에 따른 회전부재와 고정부재의 접촉에 대해, 양호한 내모마성 및 내구성을 유지하고, 또 결로 등에 대한 발수성을 나타낸다. 또, 저마찰 금속층은, 경도 Hv1000 이하인 것이 바람직하다.

본 발명은 고정자와, 상기 고정자에 대해 회전하는 회전자와, 상기 제1 구성에서 제4 구성 중 어느 한 구성의 유체동압 베어링을 구비한 유체동압 베어링 장치(제5 구성)를 제공함으로써, 상기 목적을 달성한다.

제5 구성의 유체동압 베어링 장치에서는, 제1 구성에서 제4 구성 중 어느 한 구성의 유체동압 베어링을 채용함으로써, 유체동압 베어링의 마모나 대전이 억제되고, 결로 등에 의한 부식이 방지되어, 내마모성 및 내구성이 향상한다. 또, 결로 등에 의해 회전부재와 고정부재와의 사이에서의 흡착이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이 흡착에 의한 기동시의 소비전력의 상승을 억제할 수 있다.

본 발명은 회전부재 및 고정부재 중 적어도 한 쪽의 기재에, 무전해 도금에 의한 다른 쪽과의 대향면에, 인 또는 붕소 중 적어도 하나를 포함하는 복합 도금 금속 베이스 중에 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 분산시켜 이루어진 발수성을 가지는 저마찰 금속층을 형성하는 도금공정과, 상기 도금공정 후에, 상기 한 쪽의 기재를 소정의 경화 열처리 온도에서 가열하여 상기 저마찰 금속층을 경화시키는 경화처리 공정과, 상기 도금공정 전에 상기 경화처리의 상기 경화 열처리온도 이상의 온도에서 가열하여, 상기 기재의 응력을 제거하는 응력제거공정과, 상기 한 쪽과 다른 쪽을, 상기 한 쪽의 상기 저마찰 금속층이 상기 다른 쪽에 대향하고, 또 상기 다른 쪽과의 사이에 유체동압을 발생할 수 있는 상태로 조립하는 조립공정을 포함하는 유체동압 베어링의 제조방법(제6 구성)을 제공함으로써, 상기 목적을 달성한다.

본 발명의 제6 구성의 유체동압 베어링의 제조방법에서는, 무전해 도금에 의해 저마찰 금속층을 형성하므로, 대략 균일한 두께의 저마찰 금속층을 형성할 수 있어, 층 두께의 오차를 엄밀하게 관리할 필요가 있는 유체동압 베어링에 유용하다.

그리고, 금속 베이스로서 인 또는 붕소를 포함하는 복합 도금 금속 베이스를 사용여, 도금 후에 가열함으로써 높은 경도를 가지는 저마찰성 금속층을 형성할 수 있다. 또, 도금공정 전의 응력제거공정에서는 경화처리 온도 이상의 온도환경하에서 응력을 제거하므로, 응력제거공정 후의 경화처리에 의한 변형을 방지할 수 있다.

본 발명은 회전자를 회전가능하게 지지하는 유체동압 베어링의 베어링 표면에 발수성을 가지는 저마찰 금속층을 형성하는 베어링 표면 가공방법에서, 유체동압 베어링의 베어링 표면에 무전해 도금에 의해 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 포함하는 저마찰 금속층을 형성하는 도금 공정과, 경화 열처리 온도를 200℃이상 400℃이하로 설정하여 저마찰 금속층을 경화시키는 경화 열처리 공정을 가지는 베어링 표면 가공방법(제7 구성)을 제공함으로써, 상기 목적을 달성한다.

이와 같이, 경화 열처리 공정시에, 경화 열처리 온도를 200℃이상 400℃이하로 설정함으로써, 제4 구성의 경도 및 마찰계수를 가지는 저마찰 금속층을 가지는 유체동압 베어링을 실현할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 회전체 장치인 폴리곤 스캐너 모터 장치의 종단면을 도시한 도면,

도 2는 레이디얼 동압 발생용 홈의 일례를 도시한 도면,

도 3은 스러스트(thrust) 동압 발생용 홈의 일례를 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 다른 실시형태의 회전체 장치인 폴리곤 스캐너 모터 장치의 종단면을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 다른 실시형태의 회전체 장치인 폴리곤 스캐너 모터 장치의 종단면을 도시한 도면,

도 6은 종래의 폴리곤 스캐너 모터 장치의 종단면도,

도 7은 본 발명의 동압 베어링의 제조방법의 일 실시형태이고, 도 1에 사용되는 동압 베어링의 제조방법을 나타내는 도면,

도 8은 도 7에 도시한 동압 베어링의 제조방법에서 행해지는 무전해 복합 도금처리를 설명하는 설명도,

도 9는 본 발명의 다른 실시형태의 회전체 장치인 디스크 장치를 도시한 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

2 : 다면경 3 : 회전체

3a : 관통 구멍 3c : 로터 허브

5 : 고정부 9 : 고정축

11 : 전기자 13 : 로터 마그넷

15 : 상측 스러스트 누름 부재

17 : 하측 스러스트 누름 부재

21 : 커버 21a : 입반사광용 창

41 : 폴리곤 스캐너 모터 장치 45 : 축

82 : 디스크

본 발명의 실시형태를 도면을 따라 설명한다. 여기에서, 종래기술의 설명과 중복되는 구성 부분에 대해서는 공통의 부호를 붙여 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 의한 폴리곤 스캐너 모터장치(본 발명의 유체동압 베어링의 일 실시형태를 구비한 본 발명의 유체동압 베어링 장치의 일 실시형태인 모터를 구비한 회전체 장치이고, 또 본 발명의 유체동압 베어링의 일 실시형태를 구비한 본 발명의 유체동압 베어링 장치의 일 실시형태인 폴리곤 스캐너 모터)의 종단면도를 도시한 것이다.

이 장치(1)는, 다면경(2)을 일체적으로 가지는 알루미늄 합금으로 생성되어 동압 베어링의 회전부재로서의 회전체(3)와, 이 회전체(3)를 회전가능하게 지지하는 고정부(5)로 이루어진다.

상기 고정부(5)는 도 2에 도시한 헤링본(herringbone) 홈(G1)과 같은 동압발생수단으로서의 레이디얼 동압 발생 홈(7)이 측면에 형성된 동압 베어링의 고정부재로서의 고정축(9)이 설치되어 있고, 회전체(3)의 중앙부에 설치된 관통 구멍(3a)에 삽입되어 공기 동압에 의해 회전체(3)를 레이디얼 방향으로 지지한다.

또, 상기 고정부(5)에는 도시하지 않은 적층 강판과 이 강판에 감긴 코일을 가지는 전기자(11)가 상기 고정축(9)의 주위에 설치되어 있어, 상기 회전체(3)의 외주변부 근방에서 상기 전기자(11)에 대향하는 위치에 설치된 로터 마그넷(13)과 협동하여 회전력을 발생시키고 있다.

상기 회전축(9)에는, 알루미늄제이고 원반 형상의 상측 스러스트 누름부재(15) 및 하측 스러스트 누름부재(17)가 고정축(9)을 통해 각각 상하에 설치되어 있다.

각각의 부재(15, 17)에는, 사이에 삽입된 회전체(3)와 대향하는 면(15a, 17a)에 도 3에 도시한 스파이럴 홈과 같은 동압발생수단으로서의 스러스트 동압 발생 홈(19)이 형성되어 있어, 공기 동압에 의해 회전체(3)를 스러스트 방향으로 지지한다.

상기 회전체(3)의 관통 구멍(3a)의 내주면 및 상하 스러스트 누름 부재(15, 17)와 대향하는 면(3b)에는 경도가 높은 저마찰 금속층(C)이 설치되어 있다.

상기 저마찰 금속층(C)은, Ni-P의 금속 베이스 중에, 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 분산시켜 이루어진다.

본 실시형태에서는, 금속 베이스 중의 인(P)의 함유량은 9w/w%로 되어 있다. 또, 본 실시형태에서는 미세한 입자는 플루오르화 화합물인 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)의 입자이고, 입경 0.2∼0.4㎛이다. 이 미세한 입자는 저마찰 금속층에 대략 균일하게 분산하고, 저마찰 금속층에 고르게 마찰 저하 및 발수성을 발휘시키고, 또 동압에 영향을 미치는 크기의 요철을 발생시키지 않기 위해서는, 입경이 0.01∼10㎛인 것이 바람직하고, 0.1∼0.5㎛인 것이 보다 바람직하다. 또, 이 PTFE의 입자는 저마찰 금속중에 15∼60v/v% 포함되어 있는 것이 바람직하고, 25∼40v/v% 포함되어 있는 것이 보다 바람직하다.

그리고, 저마찰 금속층(C)은, 경도 Hv600∼1000이고, 또 마찰계수 0.25이하가 된다.

또, 고정축(9)의 외주면과, 상하 스러스트 누름 부재(15, 17)의 회전체측의 평면에는 도시되어 있지는 않지만, 저마찰 금속층(C)의 금속 베이스와 같은 Ni-P의 금속에 의한 금속층이 형성되어 있다.

그리고, 커버(21)에 설치된 레이저 입반사광용 창(21a)으로부터 입사하는 레이저 광을 회전하는 회전체의 다면경(2)에서 반사하여, 다시 입반사광용 창(21a)으로부터 출사하도록 되어 있다.

다음에, 상술한 구성을 가지는 동압 베어링 장치의 동압 베어링 제조방법에 대해서 설명한다.

도 7은 본 발명의 동압 베어링의 제조방법의 일 실시형태이고, 상기 동압 베어링 장치의 동압 베어링의 제조방법을 나타낸 도면이다.

이 동압 베어링 장치에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 회전체(3)의 기재(3k), 고정축(9)의 기재(9k) 및 상하의 스러스트 누름부재의 기재(15k, 17k)를 350℃에서 가열하여, 이들의 기재의 응력을 제거한다(응력제거공정)(도 7(A)).

이 응력제거공정에서의 가열은 후술하는 경화처리의 경화 열처리 온도 이상의 온도로 되어 있다.

다음에, 회전체(3)의 기재(3k)의 관통 구멍(3a)의 내주면 및 상하 스러스트 누름부재(15, 17)와 대향하는 면(3b)에, 무전해 도금에 의해 다른쪽과의 대향면에, 인을 포함하는 복합 도금 금속 베이스 중에 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 분산시켜 이루어진 발수성을 가지는 저마찰 금속층(C)을 형성한다(제1 도금 공정)(도 7(B)).

또, 이 제1 도금 공정과는 별도로, 응력제거공정을 종료한 고정축(9)의 외주면과, 상하 스러스트 누름부재(15, 17)의 회전체측의 평면에 무전해 도금에 의해 저마찰 금속층(C)의 금속 베이스와 같은 Ni-P의 금속에 의한 금속층(D)을 형성한다(제2 도금 공정)(도 7(C)).

그리고, 제1 도금공정 및 제2 도금공정이 종료한 각 기재를 200℃∼350℃에서 가열하여, 저마찰 금속층(C) 및 금속층(D)을 경화시킨다(경화처리공정)(도 7(D)).

이 저마찰 금속층(C) 및 금속판(D)은, 200℃이상 400℃이하의 범위의 경화 열처리 온도에서 경화시킨다. 이와 같이 경화 열처리 온도를 통상의 것과 비교하여 고온으로 설정하기 때문에, 저마찰 금속층(C)의 생성을 안정되게 행하기 위해서는, 저마찰 금속층(C)의 두께를 5㎛ 이상으로 설정하는 것이 바람직하다. 이와 같은 방법으로 하여 생성된 저마찰 금속층(C)은 경도를 Hv600이상, 1000이하이고, 또 마찰계수를 0.25이하로 하는 것이 가능해진다.

이에 따라, 회전체(3), 고정축(9) 및 상하 스러스트 누름 부재(15, 17)가 완성된다.

경화처리 후는, 회전체(3), 고정축(9) 및 상하 스러스트 누름부재(15, 17)를 회전체(3)의 관통 구멍(3a)의 내주면에 형성된 마찰 금속층(C)이 고정축(9)의 외주면의 금속층(D)에, 사이에 유체 동압을 발생할 수 있는 소정의 거리를 두고 대향하고, 또 회전체(3)의 상하 평면에 형성된 저마찰 금속층(C)이 상하 스러스트 누름부재(15, 17)의 금속층(D)에, 사이에 유체 동압을 발생할 수 있는 소정의 거리를 두고 대향하도록 조립한다(조립 공정)(도 7(E)). 이에 따라 상술한 유체 동압 베어링이 완성된다. 또, 이 고정공정에서는 유체동압 베어링을 사용하는 유체동압 베어링 장치의 다른 부재 등도 한번에 조립할 수도 있다.

다음에, 회전체(3)의 표면에 발수성의 저마찰 금속층(C)을 생성하는 상술한 제1 도금 공정에 대해서 상세히 서술한다.

이 제1 도금공정은, 탈지처리, 에칭처리, 얼룩제거 처리, 아연산염 처리, 아연산염 박리처리, 아연산염 처리, 무전해 니켈 도금처리, 무전해 복합 도금처리, 건조처리의 공정이 이 순서로 포함되어 있다. 또, 이들의 각 공정의 사이에는 처리에 사용된 각종 용액 등을 린스하기 위한 수세공정이 행해진다.

탈지처리는 알칼리 침적 탈지세정에 의해, 기재 표면의 유지 외의 오염을 제거하는 처리이다.

에칭처리는 알칼리 에칭에 의해, 기재 표면에 형성되어 있는 자연 산화막이나 금속간 화합물 등의 편석물을 제거하는 처리이다.

얼룩제거는 산화액에 의해 알칼리 에칭으로 발생한 얼룩을 제거하는 처리이다.

아연산염 처리는, 기재 표면의 알루미늄을 주석으로 치환함으로써 기재 표면에 내식성이 높은 피막을 형성하는 처리이다. 이에 따라 도금액 중에서의 기재의 부식을 방지하여 밀착이 양호한 도금 피막을 얻을 수 있게 된다. 또, 아연산염 처리는 일회의 처리로는 효과가 약하기 때문에, 아연산염 처리 후의 50v/v%의 질산액에 의해 한 번 치환된 주석 피막을 박리하는 아연산염 박리 처리를 행하고, 다시 아연산염 처리를 행한다.

무전해 니켈 도금처리는, 무전해 복합 도금 피막의 기초 도금으로서 행하는 처리이다. 이 무전해 니켈 도금처리를 행함으로써, 아연산염 처리 후의 기재에 직접 무전해 복합 도금을 행하는 것보다, 일단 PTFE 입자를 포함하지 않는 무전해 니켈 도금을 행하는 쪽이 저마찰 금속층(C)의 밀착성이 높아진다.

무전해 복합도금 처리는, 금속의 Ni-P와 비금속 PTFE를 조합하여, 금속적인 성질을 가지면서, 비금속 PTFE의 성질도 함께 가지는 저마찰 금속층(C)을 형성시키는 처리이다. 저마찰 금속층(C)은 PTFE에 의해 자기 윤활성을 나타내고, Ni-P에 의해 소정의 경도를 나타낸다. 이에 따라, 물리적인 운동 중에서, 금속의 마모를 최대한 작게 할 수 있게 된다.

도 8은 무전해 복합 도금처리를 설명하는 설명도이다.

이 도 8에 도시한 바와 같이, 제1 도금공정에서의 무전해 복합 도금처리는, 양이온계 계면활성제를 가한 니켈 도금욕(무전해 복합 도금욕)중에, 미립자화한 PTFE 입자를 분산시켜 이 금속층을 생성한다.

무전해 복합 도금욕은 차아인산염 환원욕이다. 본 실시형태에서는 황산 니켈, 차아인산나트륨(차아인산염)에, 석화제, 안정제, 외관 조정제, 분산조제 등이 적당히 혼합된 무전해 니켈액에 입자 직경 0.2㎛∼0.4㎛의 PTFE 입자와 계면활성제를 혼합하여, 계면활성제에 의해 PTFE를 분산시킨 PH 5.0의 도금액(도 7에 도시한 제1 도금액)을 조제한다.

PTFE는 매우 소수(疎水)성이 높으므로, PTFE의 입자를 도금액 중에 분산시키기 위해서는 계면활성제를 PTFE의 입자 표면에 소수 결합시켜, 계면활성제로 피복된 입자의 표면을 친수성으로 하여, 표면 전하의 반발에 의해 입자간의 응집을 억제하여 도금액 중에 분산시킨다. 이 계면활성제로서는 양이온계 계면활성제 및 양성 계면활성제를 이용할 수 있고, PTFE의 입자를 차아인산에 의해 촉매활성화한 기재의 촉매 활성 표면으로 영동시켜 도금 표면상으로의 흡착을 조장하기 위해서는, 양이온계 계면활성제가 바람직하다.

그리고, 욕온도 90℃에서 펌프 및 프로펠러 교반하면서, 기재를 침적하여, 무전해 복합 도금처리를 행한다. 이 무전해 복합도금처리에 의해 기재 표면에는, Ni-P금속 베이스에 계면활성제에 표면을 피복한 PTFE 입자가 분산된 상태에서 도금된다. 계면활성제는, 제1 도금 공정 후의 경화처리공정에서, 가열에 의해 분해·증발된다.

또, 제2 도금처리의 도금액(도 7에 도시한 제2 도금액)으로서는, 상술한 제1 도금액의 조제에 이용되는 무전해 니켈액을 사용할 수 있다.

상술한 제조방법에 의해 제조된 이상의 구성의 폴리곤 스캐너 모터장치에서는, 저마찰 금속층(C)을 설치함으로써, 기동 정지시의 동압 베어링부의 접촉에 기인하는 장치의 마모를 방지하여 내구성을 높이고, 또 유체 동압 베어링의 동압발생 홈의 가공을 용이하게 하여 장치의 제조비용의 저감을 도모할 수 있다. 또, 저마찰 금속층(C)은 도전성을 가지고 있기 때문에, 저마찰 수지층 등과 같은 도전성이 없는 경우와 달리, 회전체(3)에 정전기가 고이는 것을 방지할 수 있다.

또, 이 저마찰 금속층(C)이 발수성을 가지기 때문에, 예컨대 결로 등으로 베어링끼리가 흡착해 버리거나, 기재가 부식하는 것을 방지할 수 있게 된다.

또, 본 실시형태에서는 발수성을 가지는 저마찰 금속층(C)은 경금속인 알루미늄 합금의 회전체(3)의 기재에 형성되지만, 발수성을 가지는 저마찰성 금속층(C)은 알루미늄 합금 등의 경금속 외, SUS나 황동 등의 비철금속에도 형성시킬 수 있다. 따라서, 저마찰 금속층(C)이 형성된 회전부재나 고정부재에는 보다 비중이 작은 마그네슘이나 그 합금을 이용함으로써, 더 경량화를 도모할 수 있다.

또, 저마찰 금속층(C)은 동압발생 홈과 대향하는 면에 한정되지 않고, 동압발생 홈이 형성되어 있는 면에도 형성할 수 있고, 마찬가지의 효과를 가지는 것이다.

또, 본 발명의 유체동압 베어링 장치를 구동원으로 하는 회전체 장치를 폴리곤 스캐너 장치를 일 실시형태로 설명했지만, 회전체는 이것에 한정되는 것은 아니라는 것은 물론이다.

예컨대, 도 4에 기재된 폴리곤 스캐너 모터장치(31)와 같이, 고정축(9)의 아래쪽에 전기자(11)가 설치되고, 회전체(3)에 설치된 로터 허브(3c)의 내주면에서 이 전기자(11)에 대향하는 위치에 로터 마그넷(13)이 설치되어 있고, 또 하측 스러스트 누름부재(17)와 고정부(5)가 일체 형성되는데, 회전체(3)에서 동압발생 홈과 대향하는 면에 저마찰 금속층(C)을 설치함으로써, 같은 효과를 얻을 수 있다는 것은 물론이다.

또, 도 5에 기재된 폴리곤 스캐너 모터 장치(41)와 같이, 회전체(3)에 동압발생 홈이 측면에 형성된 축(45)이 설치되고, 고정부(5)에 상기 축(45)이 삽입된 관통 구멍(5a)이 설치된 경우에서도, 회전체(3)에서 동압 발생 홈이 형성된 면에 저마찰 금속층(C)을 설치함으로써 같은 효과를 거둘 수 있는 것은 물론이다.

또, 다른 회전체 장치로서, 예컨대 요동 모터, 팬 모터, 광/자기 디스크용 스핀들 모터 등에 대해서도 적용이 가능해진다.

도 9는 상술한 실시형태의 유체 동압 베어링이 이용된 본 발명의 유체동압 베어링 장치의 다른 실시형태이고, 또 상술한 실시형태의 유체동압 베어링 장치(모터)에 의해 구동된 회전체 장치의 다른 예로서의 디스크 장치를 도시한 도면으로, (A)는 사시도, (B)는 축선방향 단면도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 이 회전체 장치(디스크 장치)는, 회전체(3)가 회전경(2)을 구비하지 않고, 회전체의 외주에 자기 디스크 또는 광 디스크 등의 디스크(82)가 여러 장 담지되어 있어, 디스크(82)가 회전체(3)와 함께 회전된다. 또, 이 회전체(3)는 SUS제이다.

발수성을 가지는 저마찰성 금속층(C)은, 알루미늄 함금 등의 경금속 외, SUS에도 형성할 수 있으므로, 종래의 디스크 장치와 같은 SUS제의 유체동압 베어링의 회전부재(회전체(3))나 고정부재에 저마찰 금속층(C)을 형성하여, 상술한 실시형태와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또, 저마찰 금속층(C)은 경질 알루마이트 처리층, 경질 크롬 도금층 등으로 할 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 유체동압 베어링, 유체동압 베어링 장치, 유체 동압 베어링 장치의 제조방법 및 베어링 표면 가공방법에 의하면, 유체동압 베어링의 회전부재나 고정부재로서, 경금속이나 비철금속 등의 금속을 이용할 수 있어, 제조비용을 저렴하게 억제할 수 있다.

또, 본 발명은 유체동압 베어링에 의해 회전자를 회전할 수 있게 지지하는 유체동압 베어링 장치에서, 상기 유체동압 베어링의 베어링 표면에 발수성을 가지는 저마찰 금속층을 설치하는 것을 특징으로 하는 것이므로, 기동 정지시의 동압 베어링부의 접촉에 기인하는 장치의 마모를 방지하여 내구성을 높이고, 또 유체동압 베어링의 동압 발생 홈의 가공을 용이하게 하여 장치의 제조비용의 저감을 도모할 수있다. 이 저마찰 금속층은 도전성을 가지고 있기 때문에, 회전체에 정전기가 고이는 것을 방지할 수 있다.

또, 이 저마찰 금속층은 발수성을 가지고 있기 때문에, 예컨대 결로 등으로 베어링면끼리가 흡착해 버리는 것을 방지할 수 있다.

또, 경도 Hv600 이상 1000이하이고, 또 마찰계수 0.25이하로 하는 것이 가능해진다. 이에 따라, 기동 정지시의 동압 베어링부의 접촉에 기인하는 장치의 마모를 방지할 수 있는 정도까지 내구성을 높일 수 있고, 또 동압 효과의 손실은 저감할 수 있는 저마찰 금속층을 실현할 수 있다.

Claims

고정자측에 고정된 고정부재와,

상기 고정자에 대해 회전가능한 회전자측에 고정되어, 상기 고정부재와 유체를 통해 대향하는 회전부재와,

상기 회전자의 회전시에, 상기 회전부재와 고정부재의 사이에 상기 유체에 의한 동압을 발생시키는 유체동압 발생수단을 구비하고,

상기 회전부재 및 상기 고정부재 중 적어도 한 쪽은, 다른 쪽과의 대향표면이 발수성을 가지는 저마찰 금속층인 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링.
제1항에 있어서,

상기 발수성을 가지는 저마찰 금속층은, 금속 베이스 중에 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 분산시켜 이루어진 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링.
제2항에 있어서,

상기 미세한 입자는 불소 화합물 입자인 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링.
제1항에 있어서,

상기 저마찰 금속층은 경도 Hv600∼1000이고, 또 마찰계수 0.25이하인 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링.
고정자와, 상기 고정자에 대해 회전하는 회전자와,

상기 제1항 내지 제4항에 기재된 유체동압 베어링을 구비한 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링 장치.
회전부재 및 고정부재 중 적어도 한 쪽의 기재에, 무전해 도금에 의해 다른쪽과의 대향면에, 인 또는 붕소 중 적어도 하나를 포함하는 복합 도금 금속 베이스 중에 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 분산시켜 이루어진 발수성을 가지는 저마찰 금속층을 형성하는 도금공정과,

상기 도금공정 후에, 상기 한 쪽의 기재를 소정의 경화 열처리 온도로 가열하여 상기 저마찰 금속층을 경화시키는 경화처리공정과,

상기 도금공정 전에, 상기 경화처리의 상기 경화 열처리 온도 이상의 온도에서 가열하여 상기 기재의 응력을 제거하는 응력제거공정과,

상기 한 쪽과 상기 다른 쪽을, 상기 한 쪽의 상기 저마찰 금속층이 상기 다른 쪽에 대향하고, 또 상기 다른 쪽과의 사이에 유체동압을 발생할 수 있는 상태로 조립하는 조립공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유체동압 베어링의 제조방법.
회전자를 회전가능하게 지지하는 유체동압 베어링의 베어링 표면에 발수성을 가지는 저마찰 금속층을 형성하는 베어링 표면 가공방법에서,

유체동압 베어링의 베어링 표면에, 무전해 도금에 의해 발수성 및 저마찰성을 실현하는 미세한 입자를 포함하는 저마찰 금속층을 형성하는 무전해 도금공정과, 경화 열처리 온도를 200℃이상 400℃이하로 설정하여 저마찰 금속층을 경화시키는 경화 열처리 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 베어링 표면 가공방법.