KR100191003B1 - Groove forming method for bearing of dynamic press - Google Patents

Abstract

이 발명은 포토에칭법에 의한 유체 또는 유체 또는 공기동압 베어링의 그루우브 형성방법에 관한 것이다. 노광용 원판과 포토레지스트는 스크린 인쇄에 의한 레지스트 잉크를 사용하여 가공소재 표면에 그루우브가 형성되지 않을 부분을 선택 피복 보호한후, 피복되지 않은 그루우브 형사을 화학 또는 전해에칭으로 원하는 깊이 만큼 식각시켜 그루우브를 가공소재 표면에 형성시키는 것을 특징으로 한다. 이에 따라 고정도의 그루우브의 대량으로 가공할 수 있게 되며, 가공소재에 변형을 일으키지 않게 되며, 베어링의 원할한 작동 및 수명에 대한 신뢰성을 향상시킬수 있게 되며,나아가 고정밀도가 요구되는 하드 디스크 드라이브, 디지틀 VTR, 레이저 빔 프린터 등의 모터에 사용되는 공기 또는 유체동안 베어링의 양산에 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.The present invention relates to a method for forming grooves of a fluid or a fluid or pneumatic bearing by the photo etching method. The original and photoresist for exposure is screen-printed with resist ink to select and protect the areas where the grooves are not to be formed on the surface of the workpiece, and then the uncoated grooves are chemically or electrolytically etched to a desired depth. The web is formed on the surface of the workpiece. As a result, it is possible to process a large amount of high-precision grooves, not to cause deformation of the processed material, to improve the reliability of the smooth operation and life of the bearing, and to further improve the demand of hard disk drives, There is an effect that can contribute to the mass production of the bearing during the air or fluid used in the motor, such as digital VTR, laser beam printer.

Description

[발명의 명칭] [ Name of invention ]

유체 또는 공기동압 베어링의 그루우브 형성방법Groove formation of fluid or pneumatic bearings

[도면의 간단한 설명] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

제1도는 유체 또는 공기동압 베어링에 형성되는 여러 형태의 스파이어럴 그루우브의 패턴 예시도.1 is a pattern illustration of various types of spiral grooves formed in a fluid or pneumatic bearing.

제2도는 제1도의 스파이어럴 그루우부의 단면도.2 is a cross-sectional view of the spiral groove of FIG.

제3도는 종래의 그루우브 형성방법을 설명하기 위한 설명도.3 is an explanatory diagram for explaining a conventional groove forming method.

제4도는 이 발명에 따른 포토에칭법을 설명하기 위한 공정도이다.4 is a process chart for explaining the photo etching method according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 슬리브 2 : 그루우브1: sleeve 2: grooved

3 : 가공물 4 : 볼3: workpiece 4: ball

5 : 가이드 핀5: guide pin

[발명의 상세한 설명] [Detailed Description of the Invention]

이 발명은 초정밀도가 요구되는 공기동압 베어링 샤프트와 슬리브 또는 트러스트 플레이트에 마이크로 단위의 깊이를 갖는 그루우브를 형성함에 있어서, 포토에칭법에 의해 소재에 변형을 주지 않으면서, 대량으로 초정밀 가공이 이루어질수 있도록 하는 유체 또는 공기동압 메어링의 그루우브형성방법에 관한 것이다.In the present invention, in forming a groove having a micro-depth groove in a pneumatic hydrodynamic bearing shaft and a sleeve or a thrust plate that require high precision, the photo-etching method can be performed in large quantities without deforming the material. The present invention relates to a groove forming method of a fluid or pneumatic bearing.

일반적으로 하드디스크 드리이브(HDD), 디지틀 VTR(D-VTR), 레이저 빔 프린터(LBP)등의 초정밀정도가 요구되는 모터에는 이를 만족시키는 유체 또는 공기동압 베어링을 사용한다.Generally, a fluid or pneumatic hydrodynamic bearing that satisfies this is used for a motor that requires high precision, such as a hard disk drive (HDD), a digital VTR (D-VTR), and a laser beam printer (LBP).

이러한 유체 또는 공기동압 베어링은 모터의 작동시 베어링 샤프트, 슬리브 또는 트러스트 플레이트 간극 사이에 유압 또는 공압을 형성시켜 유체 또는 공기의 펌핑효과를 이용함으로써 베어링의 출발, 정지시 고체마찰에 의한 원활한 작동이 저해되는 것을 방지하기 위하여 샤프트의 의경과 슬리브 내경 또는 트러스트 플레이트 표면에 여러 형태의 그루우브(groove)를 형성한다.These fluid or pneumatic bearings create hydraulic or pneumatic pressure between the bearing shaft, sleeve or thrust plate clearance during operation of the motor to utilize the pumping effect of fluid or air, preventing smooth operation by solid friction at the start and stop of the bearing. Various types of grooves are formed in the bore of the shaft and the bore of the shaft or in the surface of the trust plate.

상기 그루우브는 대체로 스파이어럴(spiral) 형상으로 형성되며, 그 스파이어럴 그루우브의 패턴은 다양하다.The groove is generally formed in a spiral shape, and the pattern of the spiral groove is varied.

또한, 상기 그루우브는 마이크로 단위(수마이크로미터-수백마이크로미터)의 깊이를 갖도록 형성된다.In addition, the grooves are formed to have a depth of micro units (several micrometers-hundreds of micrometers).

제1도는 이러한 여러 형태의 스타이어럴 크루우브의 패턴을 예시한 것이 즉,(가)는 로가리쓰믹 스타이어럴 플레트 트러스트 베어링(Logarithmic spiral flat thust bearing)이며, (b)는 헤링본 플레트 트러스트 베어링(Herringbone flat thrust bearing)이며, (c)는 코니컬 베어링(Conocal bearing)이며, (d)는 반구 베어링(Hemispherical bearing)의 예시도이다.Figure 1 illustrates the pattern of these various types of stylistic grooves, i.e., Logarithmic spiral flat thust bearings, and (b) herringbone plate Herringbone flat thrust bearing, (c) is a conical bearing and (d) is an illustration of a hemispherical bearing.

제2도는 상기 스파이어럴 그루우브 베어링의 그루우브 단면도이다.2 is a sectional view of the groove of the spiral groove bearing.

이러한 그루우브의 형성를 종래에는 유체 또는 공기동압 베어링 샤프트외경과 슬리브 내경 또는 트러스트 플레이트 표면에 고정도 가공툴(tool)을 이용한 기계가공을 통하여 행하였다.The formation of such grooves is conventionally performed through machining using a high precision machining tool on the outer diameter of the fluid or pneumatic bearing shaft and the inner diameter of the sleeve or the thrust plate.

예를 들면,제3도에서와 같이 슬리브(1) 내경에 그루우브(2)를 형성할 경우, 슬리브(1)의 홀로우(1a)안에 가공툴(3)을 삽입하여 그루우브을 소성가공하게 하였다.For example, when the groove 2 is formed in the inner diameter of the sleeve 1 as shown in FIG. 3, the groove is plasticized by inserting the processing tool 3 into the hollow 1a of the sleeve 1. It was made.

즉, 외주에 복수의 볼(4)이 있는 가이드 핀(5)을 내면에 삽입한 후 회전시키면서 축방향으로 이송하거나,또는 상기 가이드 핀(5)을 고정하고 슬리브(1)를 회전시키면서 축방향으로 이송하여 그루우브(2)를 형성하였다.That is, the guide pin 5 having a plurality of balls 4 on the outer periphery is inserted into the inner surface and then rotated to transfer in the axial direction, or the guide pin 5 is fixed and the sleeve 1 is rotated in the axial direction. And the groove 2 was formed.

이때,그루우브 가공후 변형되어 튀어나온 슬리브의 내경은 롤라 버니싱툴(Roller burnishing tool)을 이용하여 제거하고 내경의 치수를 정밀하게 맞춘다.At this time, the inner diameter of the sleeve which is deformed and protruded after the groove processing is removed by using a roller burnishing tool, and the dimension of the inner diameter is precisely adjusted.

그러나, 이러한 구루우브 가공방법은 다음과 같은 여러 문제점을 안게된다.However, such a guru processing method has several problems as follows.

즉, 가동툴을 이용한 물리적 기계 가공방법인 까닭에 복잡한 형상의 그루우브를 정밀하게 가공하는데에는 한계가 있게 되고 이에 따라 설계시 그루우브 형상에 제약을 받게 된다.That is, since it is a physical machining method using a movable tool, there is a limit in precisely processing a groove of a complicated shape, and therefore, the groove shape is restricted in design.

또한, 가공툴 또는 볼이 샤프트의 외면, 슬리브의 내면에 물리적 압력을 가함으로써 가공소재면에 미세한 소성변형을 야기시킨다.In addition, the processing tool or ball exerts a physical pressure on the outer surface of the shaft, the inner surface of the sleeve, causing fine plastic deformation on the surface of the workpiece.

공기동압 베어링의 경우 필요한 공압형성을 위해 베어링 샤프트와 슬리브 또는 트러스트 플레이트 사이에 마이크로 단위의 일정한 미세간격을 유지해야만 하는데 상기 기존의 가공방법으로는 가공변형에 의해 수마이크로미터의 정밀도를 만족시키기 어려워 일정간격을 유지하기가 힘들게 된다.In the case of pneumatic bearings, it is necessary to maintain a constant micro-gap between the bearing shaft and the sleeve or the thrust plate in order to form the necessary pneumatic pressure. In the conventional processing method, it is difficult to satisfy the precision of several micrometers due to the machining deformation. It will be difficult to maintain the interval.

특히, 공기동압 베어링의 경우 출발, 정지시 샤프트와 슬리브 또는 트러스트 플레이트간에 고체마찰(dry friction)이 발생하게 되는데 이러한 마찰에 의한 마모를 최소화하기 위해서는 슬리브 표면변형을 최소화해야만 하는 것이 요구되는 것이다.In particular, in the case of pneumatic bearings, dry friction occurs between the shaft and the sleeve or the thrust plate when starting and stopping. In order to minimize wear caused by the friction, it is required to minimize the sleeve surface deformation.

또한, 그루우브 형성후 튀어나온 부분을 기계적이 절삭법을 이용하여 제거하게 되는 후가공이 요구되는 문제점을 안게되는 것이다.In addition, there is a problem that post-processing is required to remove the portion protruding after the groove is formed by mechanical cutting.

이 발명의 목적은 상술한 종래의 그루우브 가공방법이 안게되는 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로 단위의 깊이를 갖는 그루우브를 그루우브가 형성되는 부품 및 소재에 변형을 주지 않고 고정도로 대량으로 가공하게 하며, 유체 또는 공기동압 베어링을 양산할수 있도록 하며 ,다양한 패턴의 그루우브를 용이하게 형성가능할 수 있는 유체 또는 공기동압 베어링의 그루우브 형성방법을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional groove processing method described above, and a groove having a micro-depth of depth can be accurately and mass-produced without modifying the parts and materials in which the grooves are formed. The present invention provides a method of forming a groove of a fluid or pneumatic bearing which enables to process, to mass-produce a fluid or pneumatic bearing, and to easily form grooves of various patterns.

이 발명의 이러한 목적을 달성하기 위해 이 발명은 유체 또는 공기의 펌펑효과(pumping effect)를 이용해 모터작동시 베어링 샤프트와 슬리브 또는 트러스트 플레이트 간극 사이에 유압 또는 공압을 형성하여 작동하는 유체 또는 공기동압 메어링의 샤프트 외경과 슬리브 내경 또는 트러스트 플레이트 표면에 여러 형태의 마이크로 단위의 깊이를 갖는 그루우브를 형성함에 있어서,노광용원판과 포토레지스트를 사용하여 가공소재 표면에 그루우브가 형성되지 않을 부분을 선택적으로 피복 보호한 후 피복되지 않은 그루우브의 형성을 화학 또는 전해에칭으로 원하는 깊이만큼 제거시키게 함으로써 그루우브를 가공소재에 형성하는 포토에칭법을 이용해 가공하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve this object of the present invention, the present invention utilizes a pumping effect of fluid or air to form a hydraulic or pneumatic fluid that operates by forming hydraulic or pneumatic pressure between the bearing shaft and the sleeve or the thrust plate clearance during motor operation. In forming grooves having various types of micro-unit depths on the outer diameter of the ring and the inner diameter of the sleeve or on the surface of the trust plate, an exposure disc and a photoresist may be used to selectively select a portion where no groove is formed on the surface of the workpiece. After coating protection, the formation of the uncoated grooves is removed by chemical or electrolytic etching to a desired depth, and the grooves are formed using a photoetching method for forming the workpiece.

이하, 첨부된 도면의 실시예에 의거 이 발명에 따른 포토에칭법에 따른 그루우브 형성방법을 상승한다.Hereinafter, the groove forming method according to the photoetching method according to the present invention will be raised based on the embodiments of the accompanying drawings.

제4도는 포토에칭가공법의 기본 공정도이다.4 is a basic process diagram of the photo etching process.

즉, 포토에칭법에 의한 유체 또는 공기동압 베어링 샤프트와 슬리브, 또는 트러스트 플레이트상의 그루우브 형성공정은 노광용 원판제작 공정과 에칭가공공정으로 수행된다.That is, the groove or the groove forming process on the fluid or pneumatic bearing shaft and sleeve or the trust plate by the photo etching method are performed by an exposure original plate manufacturing process and an etching process process.

먼저, 노광용 원판제작 공정에 대해 살펴보면 우선 가공할 구루우브의 형상 및 치수에 의거 원도를 작도한다. 이때 치수의 정밀도를 높이기 위해 상기 원도는 최종치수 화상에 수배 내지 수백배의 배율을 곱한 확대원도로 작도하게 된다. 또한 원도에는 가공공정에서 생기게 되는 치수 시프트(shift)를고려한 보정치를 더해준다(제4도 (a)).First, a description will be made of the original manufacturing process for exposure based on the shape and dimensions of the grooves to be processed. In this case, in order to increase the precision of the dimensions, the original degree is drawn as an enlarged circular factor multiplied by a magnification of several times to several hundred times. In addition, a correction value considering the dimensional shift generated in the machining process is added to the original degree (Fig. 4 (a)).

완성된 확대원도는 축사카메라로 지정된 최종치수까지 축소 촬영한다(제4도(b)). 이때 그루우브의 대량생산을 위해 축사된 최종치수 화상을 식판기로 현상하며 원판을 제작한다. 이러한 식판제작이 완료되면 이를 다량으로 복사하여 노광용 원판(working mask)을 제작한다.The completed magnification is reduced and photographed to the final dimension designated by the barn camera (Fig. 4 (b)). At this time, the final dimensions of the barn for mass production of the grooves are developed with a platen machine to manufacture the original plate. When the plate production is completed, a large amount of the copy is produced to produce a working mask.

다음으로 에칭가공 공정을 수행한다.Next, an etching process is performed.

에칭가공은 가공소재의 전처리, 포토레이스트, 도포, 현상, 에칭과 레지스트막을 제거하는 공정으로 설명될수 있다.Etching can be described as a pretreatment of the workpiece, photolasting, application, development, etching and removal of the resist film.

즉, 상기 전처리 공정에서는 그루우브가 가공될 소재의 표면을 탈지,산세척,세정과정을 통해 가공소재를 정리하게 된다.(제4도(c))That is, in the pretreatment process, the processed material is arranged by degreasing, pickling, and washing the surface of the material on which the groove is to be processed (FIG. 4 (c)).

다음으로 세척된 가공소재 일면 표면에 감광성 물질인 포토레지스트를 회전도포 방식으로 도포한다. 이때 가공소재를 침지도포방식을 통해서 포토레지스트를 도포시킬수도 있다.(제4도(d)).Next, a photoresist, which is a photosensitive material, is coated on the surface of one surface of the processed material by rotating coating. At this time, the photoresist may be applied to the processed material through the immersion coating method (Fig. 4 (d)).

도포된 가공소재는 건조시키게 된다.The applied workpiece is dried.

포토레지스트막이 건조되면, 양면에 레지스트막을 형성시킨 가공소재는 상,하방으로 노광용 원판을 밀착시켜 노광시키게 된다.(제4도 (e)). 노광괸 가공소재는 유기용제에 침지시켜 노광용 원판의 화상에 상응하는 포토레지스트의 화상을 표면에 나타내게 한다. 즉, 현상공정을 갖게 하는 것이다. 따라서 현상완료된 가공소재 표면에는 그루우브 형상이 가공되는 부분만이 노출되고 그 이외의 표면에는 레지스트 막 화상이 부착되어 있는 상태에 놓이게 된다.(제4도(f)).When the photoresist film is dried, the processed material having the resist film formed on both surfaces thereof is exposed by bringing the exposure disc up and down in close contact (Fig. 4 (e)). The exposed workpiece is immersed in an organic solvent so that an image of the photoresist corresponding to the image of the original disc for exposure is displayed on the surface. That is, it has a developing process. Therefore, only the portion where the groove shape is processed is exposed on the surface of the developed workpiece, and the surface of the processed material is placed in a state where a resist film image is attached (Fig. 4 (f)).

이러한 가공소재의 현상공정 직후 화학에칭 또는 전해에칭에 의해 에칭공정을 수행한다.Immediately after the developing process of such a workpiece, the etching process is performed by chemical etching or electrolytic etching.

먼저, 화학에칭이 행해질 경우에는 가공소재를 강산의 에칭액에 접촉시키게 함으로써 레지스트 화상에 보호되어 있지 않은 표면의 부분을 점차 파이도록 한다. 즉,식각되어지는 것이다.First, when chemical etching is performed, the workpiece is brought into contact with an etching solution of a strong acid so that the portion of the surface that is not protected in the resist image is gradually plied. That is, it is etched.

이때, 희망하는 구루우브의 깊이를 얻기 위해서 미리 에칭액 접촉되는 시간에 대한 그루우브의 형성깊이를 측정 및 산정(Calibration)한 후 그 시간에 맞추어 가공소재를 에칭액과 접촉시키기만 하면 원하는 깊이의 구루우브가 형성되는 것이다.(제4도 (g)).At this time, in order to obtain the desired depth of the groove, the groove depth of the desired depth is simply measured and calibrated, and the workpiece is brought into contact with the etchant in accordance with the time. Is formed (Fig. 4 (g)).

또한, 전해에칭이 행애질 경우에는 레지스트막이 형성된 가공소재를 전해액에 넣어 양극에 접촉하고 납등을 음극으로 하여 전해하여 가공소재를 에칭시키다.In addition, when electrolytic etching is performed, the processed material having a resist film is placed in an electrolyte solution to contact the anode, and the processed material is etched by electrolyzing with a lead or the like as a cathode.

이러한 저해에칭인 경우에는 화학에칭과는 달리 가공소재가 금속인 경우에만 가능하다.In the case of such inhibited etching, unlike chemical etching, it is possible only when the workpiece is a metal.

이렇게 에칭작업이 끝나면 가공소재의 일표면 또는 양표면에는 식각된 그루우브가 형성되어 지는 것이다.After the etching is finished, an etched groove is formed on one or both surfaces of the workpiece.

다음으로 가공소재를 수세해서 애칭액을 안전히 제거하고, 박막액을 사용하여 레지스트막을 제거하여 건조시킨후, 치수검사와 외관검사를 통해 양품을 선정하게 되는 것이다.Next, the workpiece is washed with water, the etching solution is safely removed, the resist film is dried using a thin film solution, dried, and the good quality is selected through dimensional inspection and visual inspection.

이상에서 설명한 바와 같이, 초정밀도가 요구되는 유체 또는 공기동압 베어링 샤프트와 슬리브 또는 트러스트플레이트상에 마이크로 단위의 깊이를 갖는 그루우브를 형성함에 있어서, 종래에서와 같이 가공툴을 상요한 물리적 기계가공방법 대신에 포토에칭법에 의한 그루우브를 형성케 함으로써 고정도의 그루우브를 대량으로 가공할 수 있게 되며,가공시 가공소재에 변형을 일으키지 않게 되며, 이에 따라 베어링의 원할한 작동 및 수명에 대한 신뢰성을 향상시킬수 있게 되며,나아가 고정밀도가 요구되는 하드 디스크 드라이브, 디지틀 VTR, 레이저 빔 프린터 등의 모터에 사용되는 공기 또는 유체동안 베어링의 양산에 기여할 수 있는 효과가 있는 것이다.As described above, in forming a groove having a micro unit depth on a fluid or pneumatic hydrodynamic bearing shaft and a sleeve or a trust plate requiring ultra precision, a physical machining method requiring a processing tool as in the related art. Instead, by forming grooves by the photo etching method, it is possible to process a large number of high-precision grooves, and it does not cause deformation of the processed material during processing, thereby improving the reliability of the smooth operation and life of the bearing. In addition, it is possible to contribute to the mass production of bearings during air or fluid used in motors such as hard disk drives, digital VTRs, and laser beam printers, which require high precision.

Claims (1)

초정밀도가 요구되는 유체 또는 공기동압 베어링 샤프트와 슬리브 또는 트러스트 플레이트상에 그루우브를 형성함에 있어서,가공할 그루우브의 형상 및 치수에 의거 원도를 작도하되 상기 원도는 최종 치수의 화상에 수배 내지 수백배의 배율로 확대되는 확대원도롤 작도되는 단계와,확대원도를 축사카메라로 지정된 최종치수가 되게 축소촬영하는 단계와,축사된 최종치수 화상을 현상하여 원판을 제작하고,상기 원판을 다수 복사 하여 노광용 원판을 제작하는 단계와,그루우브가 가공된 소재의 표면을 탈지 및 산세척과 세정하는 가공소재 전처리 단계와,전처리한 가공소재에 감광성 물질인 포토레지스트를 도포한 후 건조시키는 단계와,건조된 포토레이즈막으로 노광용 원판을 밀착시켜 노광용 수행하는 단계와,노광직후 가공소재를 유기용제에 침지시키므로서 그루우브가 형성될 부분이 노출되도록 하는 단계와,상기의 가공소재에 에칭액을 소정의 시간동안 접촉시키거나 전해액에 넣어 원하는 깊이의 그루우브가 형성되도록 하는 단계와,가공소재의 표면을 수세하여 에칭액을 제거하고 박막액을 사용하여 레지스트막을 제거한 후 건조시키는 단계, 로서 수행됨을 특징으로 하는 유체 또는 공기동압 베어링의 그루우브 형성방법.In forming grooves on a fluid or pneumatic hydrodynamic bearing shaft and a sleeve or a thrust plate that require high precision, the circularity is constructed based on the shape and dimensions of the groove to be processed, which is multiplied by the image of the final dimension. A step of drawing an enlarged circle roll enlarged at a magnification of several hundred times, a step of reducing the enlarged circle to a final dimension designated by a barn camera, developing a barn final dimension image to produce a disc, and the disc To produce a disc for exposure by copying a large number of copies, a pretreatment step for degreasing, pickling, and cleaning the surface of the grooved material, and applying a photoresist, a photoresist, to the pretreated work material, and drying the same. Performing the exposure by closely contacting the original disc for exposure with a dried photolaser film, and immersing the processed material in an organic solvent immediately after exposure. Exposing the portion where the groove is to be formed while exposing the groove, and contacting the workpiece with the etching solution for a predetermined time or by placing the groove in the electrolyte to form a groove having a desired depth. A method of forming a groove of a fluid or pneumatic bearing, characterized in that the step of removing the etching solution by washing with water, and removing the resist film using the thin film solution, followed by drying.