動圧軸受及びその製造方法

【課題】動圧軸受の内孔壁の微細な溝の加工の困難度を改善することができ、より良い耐磨耗性を有するフォトリソグラフィー技術を用いた動圧軸受とその製造方法する。
【解決手段】内孔を有する軸受本体１を提供するステップ、軸受本体１の内孔壁の表面にフォトレジストを塗布するステップ、フォトレジストが露光された、表面に動圧溝パターンのマスクを有するランプを軸受本体の内孔の中に設置し、露光を行うステップ、フォトレジストに現像を行い、一部のフォトレジストを取り除き、内孔壁を露出するステップ、フォトレジストの保護を受けていない内孔壁上に、堆積層５０を形成するステップ、および内孔壁上に残留しているフォトレジストを取り除き、内孔壁上に動圧溝１２を形成するステップを含む動圧軸受の製造方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動圧軸受及びその製造方法に関し、特に、フォトリソグラフィー技術を用いて動圧溝を形成した動圧軸受及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
動圧軸受とは、軸受の内孔壁に微細な溝を有し、その溝の中に潤滑油を有するものである。モーターの軸が回転する時、溝内の潤滑油は、牽引を受けて軸に塗布され、動圧が作られて、軸を中央の位置に保持し、軸と軸受内壁で摩擦が生じるのを防ぎ、騒音を減少することもできる。
【０００３】
しかし、軸受の内孔の動圧溝の加工は、その溝の幅と深さが非常に小さいことから、その精度の制御が容易でなく、かなり困難である。例えば、切削工具方式、転造工具方式、射出成型方式、腐蝕方式、組み合わせ方式、めっき層の後加工方式などのいくつかの加工方式が提供されているが、これらのプロセスは、コスト高である。そのいくつかの原因は、これらの加工方式が各社の企業秘密に関連することから、特殊な加工器具と技能を用いなければならないことにある。また、従来の切削工具を用いて加工した動圧溝は、溝の湾曲した箇所が不連続的であること、溝の深さと幅が一致しないことがよくある。また、加工の機械設備が高く、切削工具が破損しやすいことから大量迅速に製造することができない、加工の環境で振動が発生してはならない、特殊な訓練を受けた作業員が必要であるなど、全て従来の方式は、動圧軸受を製造することが困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
よって、上述の問題を解決するために、小型の動圧軸受の内孔壁の微細な溝の加工の困難度を改善することができ、より良い耐磨耗性の要求を得ることができるフォトリソグラフィー技術を用いた動圧軸受とその製造方法する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の提供する動圧軸受の製造方法は、先ず、材料を必要な軸受本体とその内孔に成型し、続いて、前記軸受本体の内孔壁の表面にフォトレジストを塗布する。前記内孔を穿通でき、前記フォトレジストを露光できる、表面に動圧溝パターンを含むマスクを有するランプを同時に準備する。前記ランプを前記内孔に設置し、立体的な露光を行い、前記マスクの透光できる部分に対応する前記フォトレジストの部分が感光作用を生じる。前記ランプを取り出し、現像剤を用いて前記フォトレジストの感光部分を洗浄する。フォトレジストの保護を受けていない孔壁上に、堆積層を形成する。剥離剤を用いて内孔壁に残留しているフォトレジストを取り除き、堆積層と堆積層の間に動圧溝を形成する。最後に水を用いて前記軸受を洗浄し、必要な動圧軸受を完成する。
【０００６】
上述の構想に基づいて、前記堆積層は、耐磨耗材料であり、前記軸受本体の材料と異なることができる。
【０００７】
上述の構想に基づいて、前記フォトレジストは、吹き付け塗装、浸漬被覆、またはスピンコーティングなどの方法で前記フォトレジストを前記内孔壁上に塗布する。
【０００８】
上述の構想に基づいて、フォトレジストを塗布した後、ベーキング、または室温の自然乾燥を用いて乾燥のステップが行われる。
【０００９】
上述の構想に基づいて、前記ランプは、好ましくは冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）、または光ファイバであり、紫外線の光源を発することができる。
【００１０】
上述の構想に基づいて、前記フォトレジストは、好ましくはポジ型フォトレジストからなり、前記マスクの溝パターンを有する部分は、透光しない。
【００１１】
上述の構想に基づいて、前記マスクは、前記ランプに貼り付けられたマスタースライス、または前記ランプの表面に直接形成された金属パターンであることができる。
【００１２】
上述の構想に基づいて、前記フォトレジストの保護を受けていない孔壁上は、電気めっき、スパッタリング、化学反応、または任意の堆積方法を用いて堆積層を形成する。
【００１３】
本発明の動圧軸受を製造する技術を用いると、機械の設備コストを減少することができるだけでなく、同じ時間で大量生産ができ、自動化、または半自動化の作業を導入することができる。また、形成される溝のサイズが一致し、任意の形状の溝を容易に形成することができ、一般の作業員が容易に操作できる。大幅にコストを低減することができることから、本発明によって製造された動圧軸受は、中小型の玉軸受と固体潤滑軸受などに取って代わって用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の堆積層が耐磨耗材料からなり、軸受本体の材料と異なることから、従来の動圧軸受に比べ、より良い耐磨耗性を有する。また、動圧溝のサイズ設計もより柔軟性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照にしながら、詳細に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１を参照下さい。本発明の実施例１の動圧軸受の製造方法は、例えば、金属切削によって、材料を必要な軸受本体とその内孔に成型し、内孔を有する軸受本体１を得る。図１は、成型後の軸受本体１の断面図である。軸受本体１の材料は、金属である。本実施は、銅によって説明を行うが、純銅、黄銅、または青銅であることができる。
【００１７】
続いて、図２に示すように、軸受本体１の内孔壁１０の表面にフォトレジスト２０を塗布する。内孔壁１０にフォトレジスト２０を塗布する方法は、吹き付け塗装、浸漬被覆、またはスピンコーティングであることができ、主に、フォトレジスト２０が内孔壁１０の表面に均一に塗布される。また、フォトレジスト２０の種類は、特に限定されず、感光性ポリイミド（ＰＳＰＩ）フォトレジスト、塩素化スルホンアミド（ｃｈｌｏｒｉｎｅｓｕｌｆｏｎａｍｉｄｅ）、またはジアゾ（ｄｉａｚｏ）フォトレジストからなることができる。本実施例は、主な成分がナフトキノンジアジド誘導体（Ｎａｐｈｔｈｏｑｕｉｎｏｎｅｄｉａｚｉｄｅｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）とノボラック誘導体（Ｎｏｖｏｌａｋｒｅｓｉｎｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）のポジ型フォトレジストからなる、Ｃｌａｒｉａｎｔ社の製品「ＡＺＰ−４６２０」を用いる。
【００１８】
フォトレジスト２０が内孔壁１０と緊密に接着できるように、フォトレジスト２０にベーキングを行い、それが内孔壁１０の接触面と完全に固定できるようにする。また、室温の自然乾燥を用いた方法でフォトレジスト２０を固定化することもできる。
【００１９】
図３に示すように、もう一方では、前記軸受本体１の内孔を穿通でき、紫外線光源を発生できる、表面に動圧溝パターン４０１を有するマスクを有するランプ３０を準備する。特に、マスク４０は、ランプ３０の表面に貼り付けられ、動圧溝パターン４０１を有するマスタースライスからなることができる。または、ランプ３０の表面に直接形成され、動圧溝パターン４０１を有する金属パターンからなることができる。前記金属パターンは、好ましくは金属クロム（Ｃｒ）によって形成される。ランプ３０は、フォトレジスト２０を感光する光源を発生できる。本実施例では、その波長は、３５０〜４５０ｎｍの紫外線を発生できる。また、紫外線の光源を発生できるランプは、好ましくは冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）、または光ファイバである。本実施例がポジ型フォトレジストを用いていることから、マスク４０の動圧溝パターン４０１を有する部分は、透光しない。本実施例の溝パターン４０１の形状は、Ｖ字形であり、溝の形状は制限せず、山形、魚の骨形、またはあや織り形（ｔｗｉｌｌｐａｔｔｅｒｎ）などであることもできる。
【００２０】
図４では、前記ランプ３０をベーキング作業を行った軸受の内孔の中に設置し、電源をオンにして紫外線を発生させて立体的な露光を行い、マスク４０の透光できる部分に対応するフォトレジスト２０の部分に感光作用を生じさせる。
【００２１】
図５に示すように、露光が完成した後、ランプ３０を取り出し、現像剤を用いてフォトレジスト２０の感光部分を洗浄し、内孔壁１０を露出する。フォトレジスト２０の現像に用いる現像剤の成分と濃度は、使用するフォトレジストによって決まり、特に限定するものではない。本実施例は、Ｃｌａｒｉａｎｔ社の製品「ＡＺ−３００」を用い、その主な成分は、水酸化テトラメチルアンモニウムである。
【００２２】
続いて、図６ａ、６ｂに示すように、電気めっきの方式を用いて、フォトレジスト２０の保護を受けていない内孔壁１０の表面に、例えば、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）合金、ニッケルリン（ＮｉＰ）合金、ニッケルコバルトリン（ＮｉＣｏＰ）合金などの耐磨耗材料をめっきし、堆積層５０を形成する。
【００２３】
最後に、剥離剤を用いて内孔壁１０に残留しているフォトレジスト２０を取り除き、堆積層５０と堆積層５０の間に必要な動圧溝１２を形成する。続いて、水によって残りの薬剤を洗浄して乾燥し、本発明の動圧軸受を完成する。本実施例の剥離剤は、アセトンであることができる。
【００２４】
めっきを用いた方式は、動圧溝の深さと幅によって制限を受けないことができる。また、例えば、電気めっきの時間、電気めっきの比率、電気めっきが用いるパルス電流と、電気めっきの添加剤などの電気めっきのパラメータを調整することによって堆積層の成長形態を変えることができる。図８に示すように、堆積層５０の厚さは、固定化されたフォトレジスト２０の厚さより大きく、その堆積層５０の一端（内端）には、アーチ状凸端を形成する。アーチ状凸端は、回転軸との接触面積を減少し、摩擦を減少することができる。また、図９に示すように、各電気めっきの部分に異なる電流密度を供給することで、各堆積層５０の厚さを変え、動圧溝の設計を更に自由にすることもできる。
【実施例２】
【００２５】
本発明の実施例２の動圧軸受の製造方法と上述の実施例１の異なる所は、堆積層を形成する方法が異なる所にある。堆積層を形成する前の成型、露光、現像などのステップは、実施例１と同じであり、図１〜図５とそれに関する説明を参照することができるため、ここでは述べない。注意するのは、本方法を用いる時、軸受本体１の材料は、黄銅などの金属であることができ、アルミナセラミックなどの非金属であることもできる。
【００２６】
図１０ａ、１０ｂを参照下さい。本実施例は、現像ステップの後、スパッタリングの方式を用いて、例えば、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）合金、シリコン炭素（ＳｉＣ）、タングステン炭素（ＷＣ）などの耐磨耗材料をフォトレジスト２０を受けた、またはフォトレジスト２０の保護を受けていない内孔壁１０の表面に同時に堆積し、堆積層６０を形成する。最後に、図１１ａ、１１ｂを参照下さい。リフトオフ法（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）を用いてファトレジスト２０とその上に堆積された耐磨耗材料を取り去る。また、剥離されていない堆積層６０と堆積層６０の間に必要な動圧溝１２を形成して本発明の動圧軸受を完成する。
【実施例３】
【００２７】
本発明の実施例２の動圧軸受の製造方法と上述の実施例１の異なる所は、堆積層を形成する方法が異なる所にある。堆積層を形成する前の成型、露光、現像などのステップは、実施例１と同じであり、図１〜図５とそれに関する説明を参照することができるため、ここでは述べない。注意するのは、本実施例の軸受本体の材料は、アルミニウムまたはアルミニウム合金によって説明が行われることである。
【００２８】
現像ステップの後、フォトレジストの保護を受けていない内孔壁は、外部の反応物と化学反応を発生し、化合物を形成する。例えば、本実施例は、図１２ａと１２ｂに示すように、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる材料の軸受本体１をシュウ酸溶液の中に入れて陽極酸化処理を施し、フォトレジスト２０を受けていない内孔壁１０に耐磨耗性の酸化アルミニウム堆積層７０を形成する。最後に、図１３ａと１３ｂに示すように、剥離剤のアセトン溶液を用いてフォトレジスト２０を取り除き、水によって洗浄して乾燥し、堆積層７０と堆積層７０の間に必要な動圧溝１２を形成して本発明の動圧軸受を完成する。注意するのは、本実施例は、液体を用いて化学反応を発生しているが、それが液体でも、気体でも、内孔壁と化学反応を発生できる反応物であればよい。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施例を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る少々の変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】成型後の軸受本体の断面図である。
【図２】図１の軸受本体の内孔壁上にフォトレジストを塗布した概略図である。
【図３】本発明で用いられる露光用ランプの概略図である。
【図４】本発明の露光ステップの概略図である。
【図５】本発明の現像ステップを行った後の軸受概略図である。
【図６ａ】本発明の実施例１の電気めっきステップを行った後の軸受本体の概略図である。
【図６ｂ】図６ａの異なる視角の局部拡大図である。
【図７ａ】フォトレジストを取り除く露出ステップ後の軸受の完成図である。
【図７ｂ】図７ａの異なる視角の局部拡大図である。
【図８】電気めっきのパラメータをそれぞれ調整した後に得られる堆積層の概略図である。
【図９】図８と異なる電気めっきのパラメータをそれぞれ調整した後に得られる堆積層の概略図である。
【図１０ａ】実施例２のスパッタリングステップを行った後の軸受本体の概略図である。
【図１０ｂ】図１０ａの異なる視角の局部拡大図である。
【図１１ａ】フォトレジストを取り除く露出ステップ後の軸受の完成図である。
【図１１ｂ】図１１ａの異なる視角の局部拡大図である。
【図１２ａ】実施例３の化学反応ステップを行った後の軸受本体の概略図である。
【図１２ｂ】図１２ａの異なる視角の局部拡大図である。
【図１３ａ】フォトレジストを取り除く露出ステップ後の軸受の完成図である。
【図１３ｂ】図１３ａの異なる視角の局部拡大図である。
【符号の説明】
【００３１】
１軸受本体
１０内孔壁
１２溝
３０ランプ
４０マスク
４０１溝パターン
５０、６０、７０堆積層

【特許請求の範囲】
【請求項１】
内孔を有する軸受本体を提供するステップ、
前記軸受本体の内孔壁の表面にフォトレジストを塗布するステップ、
表面に動圧溝パターンのマスクを有するランプを前記軸受本体の前記内孔の中に設置し、前記ランプにより前記フォトレジストの露光を行うステップ、
前記フォトレジストに現像を行い、一部のフォトレジストを取り除き、前記内孔壁を露出するステップ、
前記フォトレジストの保護を受けていない前記内孔壁上に、堆積層を形成するステップ、および
前記内孔壁上に残留しているフォトレジストを取り除き、前記内孔壁上に動圧溝を形成するステップを含む動圧軸受の製造方法。
【請求項２】
前記軸受本体の前記内孔壁の表面に前記フォトレジストを塗布する方式は、吹き付け塗装、浸漬被覆、またはスピンコーティングである請求項１に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項３】
前記フォトレジストは、ポジ型フォトレジスト、感光性ポリイミドフォトレジスト、塩素化スルホンアミドフォトレジスト、ジアゾフォトレジスト、またはナフトキノンジアジド誘導体（Ｎａｐｈｔｈｏｑｕｉｎｏｎｅｄｉａｚｉｄｅｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）とノボラック誘導体（Ｎｏｖｏｌａｋｒｅｓｉｎｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）を含むフォトレジストからなり、前記マスクが前記動圧溝パターンを有する部分は、透光しない請求項１に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項４】
前記フォトレジストの現像は、水酸化テトラメチルアンモニウムを含む現像剤を用いて現像のステップを行う請求項３に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項５】
前記ランプは、波長が３５０〜４５０ｎｍの紫外線を発生できる冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）、または光ファイバである請求項３に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項６】
前記軸受本体の前記内孔壁の表面に前記フォトレジストを塗布した後の乾燥のステップは、ベーキング、または室温の自然乾燥を用いている請求項１に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項７】
前記マスクは、前記ランプの表面に貼り付けられた、動圧溝パターンを有するマスタースライスからなり、または前記ランプの表面に直接形成された金属パターンからなる請求項１に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項８】
前記堆積層は、電気めっき、またはスパッタリングの方式を用いて形成される請求項１に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項９】
前記軸受本体の材料は、純銅、黄銅、青銅、アルミニウム、アルミニウム合金、金属、非金属、またはアルミナセラミックからなり、前記堆積層は、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）合金、ニッケルリン（ＮｉＰ）合金、ニッケルコバルトリン（ＮｉＣｏＰ）合金、シリコン炭素（ＳｉＣ）、タングステン炭素（ＷＣ）、または耐磨耗材料からなる請求項８に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項１０】
前記堆積層の厚さは、前記フォトレジストの厚さより大きく、アーチ状凸端を形成する、または各堆積層の厚さは、完全に一致しない請求項８に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項１１】
前記内孔壁上の残留のフォトレジストは、リフトオフ法（Ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）を用いて取り除かれる請求項８に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項１２】
前記フォトレジストの保護を受けていない内孔壁は、外部の反応物と化学反応を発生し、前記堆積層を形成する請求項１に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項１３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる材料の軸受本体をシュウ酸溶液の中に入れて陽極酸化処理を施し、酸化アルミニウム堆積層を形成する請求項１２に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項１４】
アセトン溶液を含む剥離剤を用いて前記残留のフォトレジストを取り除く請求項８または１２に記載の動圧軸受の製造方法。
【請求項１５】
請求項１に記載の方法によって製造された動圧軸受。
【請求項１６】
前記軸受本体と堆積層は異なる材料からなり、前記軸受本体の材料は、純銅、黄銅、青銅、アルミニウム、アルミニウム合金、金属、非金属、またはアルミナセラミックからなり、前記堆積層は、ニッケルコバルト（ＮｉＣｏ）合金、ニッケルリン（ＮｉＰ）合金、ニッケルコバルトリン（ＮｉＣｏＰ）合金、シリコン炭素（ＳｉＣ）、タングステン炭素（ＷＣ）、酸化アルミニウム、または耐磨耗材料からなる請求項１５に記載の動圧軸受。
【請求項１７】
前記堆積層の一端は、アーチ状凸端からなる、または各堆積層の厚さは、完全に一致しない請求項１５に記載の動圧軸受。

【図１】