(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物の表面に溝パターンを形成するための加工方法であって、
前記被加工物の表面に昇華性色素を含有する有機皮膜を形成し固定する工程と、
レーザ光によって前記皮膜の前記溝パターンに対応する部分を除去する工程と、
前記被加工物に加工用電極を対向させ、前記被加工物と前記加工用電極との間の加工間隙に電解液を介在させてパルス電極を印加し、前記被加工物の加工面をエッチングする工程と、
前記皮膜を除去する工程と、
を備えて成ることを特徴とする微小溝加工方法。
【請求項２】
流体動圧軸受部材の軸受面に動圧溝を形成するための流体動圧軸受の製造方法であって、
前記軸受面に昇華性色素を含有する有機皮膜を形成し固定する工程と、
レーザ光によって前記皮膜の前記動圧溝に対応する部分を除去する工程と、
前記軸受面に加工用電極を対向させ前記軸受面と前記加工用電極との間の加工間隙に電解液を介在させてパルス電圧を印加し前記軸受面をエッチングする工程と、
前記皮膜を除去する工程と、
を備えて成ることを特徴とする流体動圧軸受の製造方法。
【請求項３】
前記除去する工程において前記流体動圧軸受部材を加熱した状態で前記皮膜のパターニングを行うようにした請求項２記載の流体動圧軸受の製造方法。
【請求項４】
前記加熱のための温度は８０°Ｃ〜１００°Ｃの範囲内である請求項３記載の流体動圧軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、微小溝加工方法及び流体動圧軸受の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、流体動圧軸受の如く、円柱状の部材の円周軸受面や円板状の部材の平面軸受部に数百〜数十ミクロンオーダーの微小な溝を形成することがしばしば要求される。
【０００３】
このような微小溝の一般的形成方法として、従来から、金属の塑性変形を利用した転造、化学エッチング、電解エッチングなどの方法が用いられて来た。
【０００４】
この内、特に電解エッチングを用いた微小溝の加工方法は、高速にて溝形成が可能であること、加工面が滑らかで高品質の加工が可能であること、エッチング液が人体に安全な中性塩を用いることができ安全性に優れていることなどから近年特に注目を集めてきている。
【０００５】
例えば、特開平９−１９２９３２号公報には、所定の微小溝形状が電解加工される被加工物と、当該被加工物に加工される微小溝形状に対応した微小溝形状の電極露出部を有する電極工具と、を互いに近接して対向配置するとともに、これら被加工物及び電極工具を電極加工用電源の負極及び正極にそれぞれ接続し、電極工具と被加工物との間に所定の電解液を流動させながら通電することによって上記被加工物を前記微小溝形状に対応して溶出させ微小溝の電解加工を行う場合に、上記電極工具及び被加工物を所定の加工間隙をもって相対的に不動状態に固定するとともに、前記電極加工用電源から所定の時間間隔でパルス状電圧を出力し、当該電解加工用電源から与えられた総電気量を制御することによって、被加工物における微小溝形状の電解加工量を制御し、これによって、電解微小溝加工を行う方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の電解エッチング方法にあっては、加工する溝幅が、主に溝パターンに対応した電極形状を有する加工電極と被加工物との距離によって制限され、溝幅２００μｍ以下の動圧溝を加工する場合は上記距離を５００μｍ以下、好ましくは２００〜３００μｍ程度に狭めなければならず、電解液の流量管理と前記距離の管理が困難となり大量生産を行うことは困難であった。
【０００７】
すなわち、図４に示すように、加工電極１０１と被加工物１０２とを対向させ、加工電極１０１の周囲には絶縁材１０３を配置し、加工間隙１０４に電解液１０５を介在させて被加工物１０２に加工電極１０１の形状に相応した微小溝１０２Ａを形成しようとする場合、加工間隙１０４の幅ｄが大きいと加工電極１０１の幅Ｗ１よりも加工溝の幅Ｗ２の方が大きくなってしまう傾向を有する。この拡りは幅ｄを小さくすることによって抑えることが可能であるが、幅ｄを小さくすると加工間隙１０４における電解液１０５の円滑な流れが確保できなくなって加工能率が低下したり、加工が不安定になったりするため、幅ｄの値をある程度大きくせざるを得ず、上述の問題を生じるのである。
【０００８】
本発明の目的は、したがって、従来技術における上述の問題点を解決することができるようにした、微小溝加工方法及び流体動圧軸受の製造方法を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、被加工物の表面に溝パターンを形成するための加工方法であって、前記被加工物の表面に皮膜を形成し固定する工程と、レーザ光によって前記皮膜の前記溝パターンに対応する部分を除去する工程と、前記被加工物に加工用電極を対向させ、前記被加工物と前記加工用電極との間の加工間隙に電解液を介在させてパルス電圧を印加し、前記被加工物の加工面をエッチングする工程と、前記皮膜を除去する工程とを備えて成る加工方法が提案される。
【００１０】
本発明によれば、また、流体動圧軸受部材の軸受面に動圧溝を形成するための流体動圧軸受の製造方法であって、前記軸受面に皮膜を形成し固定する工程と、レーザ光によって前記皮膜の前記動圧溝に対応する部分を除去する工程と、前記軸受面に加工用電極を対向させ前記軸受面と前記加工用電極との間の加工間隙に電解液を介在させてパルス電圧を印加し前記軸受面をエッチングする工程と、前記皮膜を除去する工程とを備えて成る流体動圧軸受の製造方法が提案される。
【００１１】
上記皮膜は、昇華性色素を含有する有機皮膜とすることもできる。
【００１２】
前記エッチングする工程において、前記加工間隙において前記電解液を流動させる構成とし、これにより加工速度を高めるようにすることもできる。
【００１３】
上述した構成によれば、所定の溝に対応してパターニングされた皮膜によって溝を形成すべき部分のみが電解液と接触するようにしてパルス電圧の印加を行うので、エッチングにより寸法精度の高い溝の形成が可能となる。このため、加工間隙幅は広くてもよく、従って電解液を強制的に流す必要がなく装置の構成を簡単にすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明の方法によりステンレス鋼材である被加工物１の表面１Ａに微小溝加工を施す場合の一実施形態を説明するための図である。
【００１６】
先ず、被加工物１の表面１Ａに昇華性色素を含有した有機バインダーを適宜の厚さにスプレー塗布し、塗布後乾燥させることによりレジスト層２を形成する。しかる後、レジスト層２に所要の微小溝の形状に応じたパターニングを施し、レジスト層２にこの微小溝に相応した窓２Ａを設ける。
【００１７】
しかる後、表面１Ａにパターニングされたレジスト層２を設けた被加工物１に加工用電極３を対向させ、加工用電極３の平坦面３Ａと表面１Ａとが平行状態となるようにして加工間隙４を形成する。そして、加工間隙４にＮａＣｌ溶液の如き適宜の電解液５を介在させて加工間隙４にパルス電圧発生器６からパルス電圧を繰り返し印加し、加工間隙４に加工用パルス電流を間歇的に流す。この場合、被加工物１が正で加工用電極３が負となる極性でパルス電圧を印加する。
【００１８】
この結果、加工間隙４には、被加工物１から加工用電極３に向けて加工用パルス電流が電解液５中を流れ、これによる電解作用でレジスト層２に形成された窓２Ａによって定められる形状に従う微小溝１Ｂが被加工物１の表面１Ａに形成される。
【００１９】
このように、この方法によれば、加工用電極３側に加工しようとする溝パターンを形成する必要がなく、加工用電極３側には平坦面３Ａのみを形成すればよいので、加工用電極３の形成が簡単である。また、被加工物１に形成される微小溝１Ｂの形状はレジスト層２のパターニングにより形成される窓２Ａによって略定められるので、加工間隙４の幅が拡がったとしてもこれによる溝加工の寸法精度への影響は小さく、所要の寸法形状の微小溝１Ｂを精度よく形成できる。したがって、加工間隙４の幅を広くすることができるので、加工間隙４における電解液５の流量管理が極めて容易となる。
【００２０】
また、加工間隙４の幅を広くすることができるので、加工間隙４においてポンプ等を使用して電解液５を強制的に流動させる場合の圧力を低減させることができ、所要の加工を円滑に行うことができる。
【００２１】
図１では、表面１Ａ及び平坦面３Ａがいずれも平面であったが、本発明の方法はこれに限定されず、被加工物１の表面１Ａが曲面である場合にも同様にして適用できる。この場合には、加工用電極３の平坦面３Ａを表面１Ａに相応した曲面とすればよい。
【００２２】
図２は、本発明を用いた流体動圧軸受の製造方法の実施の形態の一例を説明するための工程の一部を示す工程図である。図２の（Ａ）を参照すると、流体動圧軸受を製造するための被加工材である円柱状のステンレス鋼材１１を用意し、ステンレス鋼材１１の外周面１１Ａを充分に洗浄する。
【００２３】
次に、図２の（Ｂ）に示すように、ステンレス鋼材１１の外周面１１Ａ上に昇華性色素を含有した有機バインダーを約１０μｍの厚さにスプレー塗布し、塗布後これを乾燥させることによりレジスト層１２を形成する。
【００２４】
そして、図２の（Ｃ）に示すように、レジスト層１２の形成されたステンレス鋼材１１を適宜の回転装置１３により矢印Ｘ方向に回転させながら、この回転に同期して炭酸ガスレーザ装置１４からのレーザ光１４Ａをレジスト層１２上で回転軸方向に沿って走査することにより、動圧溝パターンに対応する部分の昇華性色素を除去するパターニングを行う。ここで、色素の昇華効率をよくするためにステンレス鋼材１１を例えば８０〜１００°Ｃ程度に加熱した状態でレジスト層１２のパターニングを行うのが好ましい。
【００２５】
この結果、レジスト層１２のうち所要の動圧溝に相応する部分が除去され、レジスト層１２に動圧溝パターン１５が形成された状態となる（図１の（Ｄ））。
【００２６】
このパターニング工程の終了後、図２の（Ｄ）に示した状態のステンレス鋼材１１に加工用電極を対向させ、ステンレス鋼材１１とこの加工用電極との間に形成される加工間隙にＮａＣｌの如き電解液を介在させてパルス電圧を印加し、ステンレス鋼材１１の外周面１１Ａのエッチングを動圧溝パターン１５を介して行い、これにより動圧溝パターン１５に相応した形状の動圧溝をステンレス鋼材１１の外周面１１Ａに形成するのである。
【００２７】
図３は、図２に示した一連の工程によって得られた同図（Ｄ）に示す状態のステンレス鋼材１１を電解エッチングするための電解加工装置が示されている。
【００２８】
電解加工装置２０は、電解液２１が満たされている加工タンク２２を有しており、加工タンク２２内に設けられている円筒状の加工用電極２３内に被加工物１がセットされている。加工用電極２３は内周面２３Ａが円筒平滑面となっており、ステンレス鋼材１１の外周面１１Ａに形成されたレジスト層１２の外周面１２Ａは内周面２３Ａに囲まれ、且つステンレス鋼材１１の外周面１１Ａと内周面２３Ａとの間に形成される加工間隙Ｇの間隙幅Ｗが全周に亘って均一となるよう、図示しない固定用治具を用いてステンレス鋼材１１が加工用電極２３内に同軸配置されている。
【００２９】
ステンレス鋼材１１及び加工用電極２３はいずれも電解液２１内に浸漬されているので、加工間隙Ｇ内も電解液２１によって満たされている。
【００３０】
加工間隙Ｇに加工のために必要な加工用パルス電圧を与えるため、直流電源２４がスイッチ２５を介して図３の如く電気的に接続されている。すなわち、直流電源２４の負極は加工用電極２３に直接接続され、直流電源２４の正極はステンレス鋼材１１にスイッチ２５を介して接続されている。
【００３１】
スイッチ２５を周期的にオン、オフ動作させるため、オン／オフコントローラ２６が設けられており、オン／オフコントローラ２６からのオン／オフ制御信号Ｓに応答してスイッチ２５がオン／オフを繰り返し、これにより加工間隙Ｇに加工用パルス電圧が印加される構成である。ここで、スイッチ２５は、例えばトランジスタ等の如き半導体スイッチング素子とすることができる。
【００３２】
符号２７で示されるのは、加工タンク２２内の電解液２１を浄化処理し、浄化処理された電解液を再び加工タンク２２内に戻すための電解液再処理装置である。電解液再処理装置２７は、ドレインパイプ２７Ａを介して加工タンク２２内の電解液２１を取り込み、再処理された電解液を供給パイプ２７Ｂを介して加工タンク２２内に戻す公知の構成の電解液のための再生処理用装置であるから、その詳細について説明するのを省略する。
【００３３】
次に、電解加工装置２０による具体的加工例について説明する。本実地の形態では、電解液２１としてＮａＣｌ水溶液が用いられており、加工用パルス電圧の印加により加工間隙Ｇにパルス電流を所定の時間だけ間歇的に流してステンレス鋼材１１に溝形成を行った。
【００３４】
このときの加工用パルス電圧の電圧値と印加時間は、間隙幅Ｗ、電解液２１の濃度および温度、加工溝の深さと加工面積とに依存して決定される。
【００３５】
例えば、３０°Ｃで３５％のＮａＣｌ水溶液を電解液２１として用い、間隙幅Ｗを５００μｍとしたとき、２Ｖ×１Ａでデューティー１／５のパルス電圧を印加したところ、６μｍ深さの動圧溝が約３秒で形成できた。
【００３６】
このようにしてステンレス鋼材１１に動圧溝が形成されたならば、ステンレス鋼材１１を加工タンク２２から取り出して、ステンレス鋼材１１の外周面に形成されているレジスト層１２を有機溶剤で洗浄し、所定の動圧溝が形成された流体動圧軸受を得ることができる。
【００３７】
以上、図２及び図３を参照してアキシャル軸受についての製造方法の一例を説明したが、スラスト軸受についてもこれと同様の方法で製造することができる。すなわち、図１に示した方法を用いることにより円板状の部材の平面に微小な動圧溝を同様にして形成することができる。そして、いずれの場合においても次のような利点を得ることができる。
【００３８】
ステンレス鋼材１１の外周面１１Ａには、レジスト層１２の窓として形成される動圧溝パターン１５に従って動圧溝が電解エッチングで高寸法精度で形成される。ここで、加工用電極２３の内周面２３Ａには加工しようとする動圧溝のパターンを形成する必要がなく、円滑面のままでよいので、加工用電極２３の形成が極めて簡単で済む。
【００３９】
このように、ステンレス鋼材１１に形成される動圧溝の形状はレジスト層１２のパターニングによって略定められるので、加工間隙Ｇの間隙幅Ｗの値はある程度大きくても動圧溝の形成における寸法精度に影響を与えることがない。したがって、間隙幅Ｗを電解液２１の流量を管理しやすい値にすることが可能となる。特に加工間隙Ｇ内に電解液２１の流れを強制的に作らなくてもよいので、その分コストの低減を図ることができる。勿論、図３には示していないが、加工間隙Ｇに電解液２１を強制的に流すための噴流装置を設け、これにより加工速度をより一層向上させるようにした構成を採用してもよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、加工用電極側に溝パターンを形成する必要がないので、加工用電極の形成が簡単となる。また、被加工材表面に形成した皮膜を所要の加工溝に相応した寸法形状にパターニングした上で電解エッチングを行うようにしたので、加工される溝の寸法形状が、加工間隙の幅によって影響を受けにくく、動圧溝の如き微小な溝加工を高寸法精度にて実現することができる。このため、被加工材と加工用電極との間の距離は比較的大きくすることが可能となり、加工間隙の電解液を強制的に流動させなくても済み、コストの低減に役立つほか、電解液の流量管理が容易となる等の種々の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により被加工物の表面に微小溝加工を施す場合の一実施形態を説明するための説明図。
【図２】本発明による流体動圧軸受の製造方法の実施の形態の一例を説明するための一部工程図。
【図３】図２に示した工程によって得られた軸部材を電解エッチングするための電解加工装置の一例を一部断面して示す概略構成図。
【図４】従来の電解エッチング方法を説明するための説明図。
【符号の説明】
１  被加工物
１Ａ  表面
１Ｂ  微小溝
２  レジスト層
２Ａ  窓
３  加工用電極
３Ａ  平坦面
４  加工間隙
５  電解液
６  パルス電圧発生器
１１  ステンレス鋼材
１１Ａ  外周面
１２  レジスト層
１４  炭酸ガスレーザ装置
１４Ａ  レーザ光
２０  電解加工装置
２１  電解液
２２  加工タンク
２３  加工用電極
２３Ａ  内周面
２４  直流電源
２５  スイッチ
２６  オン／オフコントローラ
２７  電解液再処理装置
Ｇ  加工間隙
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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