(57)【要約】【課題】オイル漏れの防止。【解決手段】オイル２０のメニスカス形成部周辺の軸体５と軸受部材１０とのラジアル方向の隙間はスラスト方向に開放されており、この隙間に面する軸体５の外周面５ａ及び軸受部材１０の内周面１０ａに撥油膜が塗布されている。１６は軸体５のセンターピン２の外周面２ａに塗布された撥油膜で形成された撥油処理部であり、１７は軸受部材１０であるスラストプレート８の内周面８ａ及び外端面８ｂに塗布された撥油膜で形成された撥油処理部である。撥油処理部１６、１７には、オイルの滲み出しを防止するために十分な撥油性が求められると同時に、基材に対する密着強度及び基材の真円度への影響を小さくする上で、薄膜であることが好ましい。そして、回転に伴い変化する前記撥油膜を塗布した軸体５と前記軸受部材１０との隙間の変化量が６μｍ以下になるように形成してある。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心軸部を有する軸体と、この軸体のスラスト方向の平面に微小ギャップを介して対向するスラスト軸受部並びに前記軸体のラジアル方向の側面に微小ギャップを介して対向するラジアル軸受部から成る軸受部材とから成り、前記軸体の前記平面と前記スラスト軸受部との何れか一方にスラスト動圧発生溝を形成し、前記軸体の前記側面と前記ラジアル軸受部との何れか一方にラジアル動圧発生溝を形成すると共に、前記軸体と前記軸受部材との隙間に潤滑油を充填し、この潤滑油のメニスカス形成部周辺のスラスト方向に開放されているラジアル方向の前記隙間に面する前記軸体及び前記軸受部材に撥油膜を塗布した動圧軸受装置において、回転に伴い変化する前記撥油膜を塗布した前記軸体と前記軸受部材との隙間の変化量を６μｍ以下としたことを特徴とする動圧軸受装置。
【請求項２】
前記撥油膜の厚さが３μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【請求項３】
前記撥油膜の厚さが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受部に形成した動圧発生溝により潤滑流体に動圧を発生させて回転体を支承する動圧軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、種々の動圧軸受装置が提案されているが、潤滑流体として潤滑油（以下単にオイルと称する）を用いたものについてはオイル漏れが一つの大きな問題であり、軸受内部空間の開放端近傍の潤滑油の境界面であるメニスカス形成部付近のオイル漏れ対策としては、撥油剤を塗布する方法の他に、メニスカス形成部の構造を隙間変化構造とすることによりオイル漏れを防止するなど種々の提案がなされている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
動圧軸受装置には、各種の構造のものが考案されているが、中でも軸体がコマ状であるタイプのものは小型薄型化に適しているので、例えばＨＤＤ用スピンドルモータの軸受として採用されている。図３はこのような軸受装置の一例を示したものであり、軸受内部空間が上下両方に開放された両面開放型の動圧軸受装置の要部側断面図である。図３において、１はこの動圧軸受装置が固定される固定部材であるベースである。２は下端部がベース１に立設された中心軸としてのセンターピンであり、３は円筒部材としてのシャフトであり、中心穴３ａにセンターピン２が固定されている。
【０００４】
５はセンターピン２とシャフト３とで構成されている軸体である。６はシャフト３の平面である両端面３ｃに形成された放射状などのスラスト動圧発生溝である。７はシャフト３側面３ｂに形成されたヘリングボーン状などのラジアル動圧発生溝である。８は中心穴を有するスラスト軸受部としてのスラストプレートであり、シャフト３の両端面３ｃに微小ギャップを介して配設されている。９は両スラストプレート８に狭持されてたラジアル軸受部としてのスリーブであり、シャフト３の側面３ｂに微小ギャップを介して配設されている。１０は両スラストプレート８とスリーブ９との三体で構成されている軸受部材である。
【０００５】
上記微小ギャップ及び動圧発生溝６、７には図示しないオイルが充填されている。また、スラストプレート８の内周面８ａ及び外端面８ｂ並びにスラストプレート８の内周面８ａと対向するセンターピン２の外周面２ａには、それぞれ図示しない撥油処理が施されている。これらの撥油処理やメニスカス部の形状による手段により、軸受外部へのオイル漏れを防止していた。１１は記録ディスク、１２はマグネットであり、１３は回転部材であるハブであり、内周面１３ｂには軸受部材１０の外周面１０ｂを嵌入保持し、外周面にはマグネット１２を固定し、記録ディスク１１の装着面１３ａを有している。
【０００６】
次に、この動圧軸受装置の動作について説明する。ハブ１３のマグネット１２及びその外側に配設された図示しないステータとで磁気回路部が形成されており、図示しないコイルに通電することによりステータ及びマグネット１２の磁気回路部の駆動力で、軸体５に対して軸受部材１０が支持された状態で、ハブ１３が記録ディスク１１と共に回転することになる。この回転に伴い軸体５の動圧発生溝６、７の作用によりオイルに支持圧力が発生して、軸受部材１０を軸体５から浮かせて、軸体５の中心に支持回転する。従って、記録ディスク１１を装着したハブ１３は高速回転にもブレ無く安定して回転することができる。
【０００７】
図４は動圧軸受装置の軸方向に対称な軸受内部空間を示す要部を拡大した側断面図である。図４において、ＣＬは中心軸線であり、中心軸線ＣＬを通る動圧軸受装置の半断面の要部を示している。２０は軸受内部空間に充填された潤滑油であるオイルである。軸受内部空間が開放されている両軸端近傍にはオイル２０の境界面であるメニスカス部２０ａが形成されている。６６は軸体５の外周面５ａに被覆された撥油処理部であり、６７は軸受部材１０の内周面１０ａであるスラストプレート８の内周面８ａから外端面８ｂにかけて被覆された撥油処理部である。
【０００８】
これら従来の撥油処理部６６、６７には、一般的にフッ素樹脂塗装やフッ素系コーティング剤の塗布が行われている。テフロン（登録商標）に代表されるフッ素樹脂は、優れた撥油性や耐薬品性を有するが、密着性が小さく一般的に溶剤に不溶であるため、バインダーと呼ばれる樹脂を含む溶剤にフッ素樹脂の微粒子を分散させた溶液を塗布して乾燥後、所定の温度で熱処理している。従って基材とフッ素樹脂とはバインダー樹脂によって密着している。このような塗布に用いられるフッ素樹脂は、通常１μｍ程度の微粒子に加工されている。塗布層にはフッ素樹脂微粒子が積み重なっていると同時に、樹脂の隙間や基材とフッ素樹脂との間にはバインダー樹脂があるために、その膜厚は通常５０μｍ程度に加工されている。
【０００９】
一般に、フッ素系コーティング剤はテフロン（登録商標）系のフッ素樹脂とは異なる分子構造であって、フッ素を構造中に多数含む高分子がフッ素系の溶剤に溶けている。従って、濃度を変化させることにより薄膜にして塗布することもできる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１−１８２６１７号公報
【特許文献２】
特許第２９３７８３３号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のオイル漏れ防止手段も完全ではなく、特に動圧発生部以外に流出したオイルが外部に流出、飛散しメディア等に付着して不良を発生させる欠点があった。上記の撥油処理を行った場合に、モータ静止時には撥油剤の効果によりオイル２０が軸受装置の外部へ浸み出すのを防ぐことができるが、モータ回転時にはメニスカス２０ａを形成している軸受内部空間の要因によりオイル２０を外部へ押し出す力が働いてオイル漏れを生じるため、十分な信頼性を得ることは難しい。
【００１２】
ここで、オイル漏れを発生させる作用について説明する。注入したオイルのメニスカスが軸体と対向する軸受部材（例えばスラスト板）との間にあって、メニスカスの外側が軸受外部に開放されている場合について考える。図５はメニスカス形成部の模式側断面図であり、中心軸線ＣＬ近傍の要部を示しており、図６は同じ部分の模式上面図である。ここでは、軸体５の中心が回転中心であり且つその外周面５ａの真円度が非常によく、軸受部材（ここではスラスト板８）の内周面８ａの真円度が悪い場合について説明するが、説明の都合上真円度が悪い方を模式的に楕円形状で表した。
【００１３】
軸体５が固定され、スラスト板８が回転する場合とする。図６で分かるように、同じ位置で見ると、軸体５とスラスト板８との隙間は回転に伴い最小隙間ｇ１と最大隙間ｇ２との間で繰り返し変化する。この変化を図５で見た場合、スラスト板８の内周面８ａの位置が実線（最大隙間ｇ２）と点線（最小隙間ｇ１）との間を往復するように変化する。この作用について、図５により更に詳細に説明する。軸受部にオイルを注入後、メニスカスは位置Ａ、ＢまたはＣ付近に調節される。初期に位置ＡやＢにあったメニスカスも回転時には、回転部の上昇や下降によって、位置Ｃへ移動することは通常見られる現象である。回転速度が極めて遅い場合には、隙間の狭くなる部分のオイルは隙間の広くなる部分に回り込むだけで、オイルのメニスカス位置に変化はない。
【００１４】
しかし、一般的に動圧軸受では数千ｒｐｍという高速で回転するため、隙間の狭くなる部分から広くなる部分へのオイル移動が回転の速さに追いつかず、隙間が最大のときに位置Ｃにあったメニスカスは、隙間が最小のときには位置Ｄのように盛り上がる。このとき、メニスカスの位置ＣもＤも軸体５外周面５ａとの接触位置は共に同じ高さｈ１である。しかし、隙間が繰り返し変化するうちに、メニスカスの軸体５外周面５ａとスラスト板８内周面８ａとの接触位置が這い上がって、隙間が狭くなった場合のメニスカスは位置Ｅにくる。その後は隙間が大きくなってもメニスカスは位置Ｆまでしか戻らない。
【００１５】
結果として、軸体５とスラスト板８とが同じ位置において、メニスカスは位置Ｃから位置Ｆに上昇し、軸体５との接触位置も高さｈ１から高さｈ２に上昇することになる。このような現象を隙間変化による「ポンピング作用」と呼ぶことにする。ポンピング作用が繰り返されることにより、メニスカスは上昇し、最悪の場合にはオイル漏れを引き起こす。
【００１６】
以上の作用は、軸体５外周面５ａやスラスト板８内周面８ａの表面粗さ等によっても影響される。また、オイルの粘度や表面張力も、オイルが隙間の広い方へ変化する際の移動速度が隙間変化速度に追いつかない要因となる。軸体５外周面５ａやスラスト板８内周面８ａに形成された撥油処理部によって静止時のメニスカスの這い上がりは防止できるが、回転時の這い上がりは防止できない。
【００１７】
メニスカス形成部の隙間変化、すなわちポンピング作用が生じる他の事例として、図７に示すような、軸体５外周面５ａ、スラスト板８内周面８ａの真円度が共に悪い場合や、図８に示すような、軸体５外周面５ａ、スラスト板８内周面８ａの真円度は共に良好であるが、組込時に軸体５の中心軸とスラスト板８の中心軸とがずれて、軸体５外周面５ａとスラスト板８内周面８ａとの隙間のバラツキが大きくなった場合がある。更に、メニスカス形成部に撥油処理を行った場合には、各部基材の精度ばかりではなく、撥油処理層をも含めた真円度や隙間の管理が必要となる。
【００１８】
従来の撥油処理においては、フッ素樹脂塗装は十分な密着性がある一方で、必要な膜厚が５０μｍと大きいため、膜厚のバラツキ範囲も大きくなり、撥油処理層も含めた真円度は軸体５外径や軸受部材１０内径の加工精度よりもはるかに大きくなる。更に、外径１インチ前後とハードディスクの小型化に伴い、スピンドルモータも小型化が進み、軸体５が外径１ｍｍ程度のサイズの軸受装置を設計する際には、軸体５と軸受部材１０との隙間は１００μｍ前後であるから撥油処理層の厚さ５０μｍは製品設計の成否に影響するほどの厚みとなる。
【００１９】
本発明は、上記の問題を解決してオイルの漏れ出しを防止できる動圧軸受装置を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明の手段は、中心軸部を有する軸体と、この軸体のスラスト方向の平面に微小ギャップを介して対向するスラスト軸受部並びに前記軸体のラジアル方向の側面に微小ギャップを介して対向するラジアル軸受部から成る軸受部材とから成り、前記軸体の前記平面と前記スラスト軸受部との何れか一方にスラスト動圧発生溝を形成し、前記軸体の前記側面と前記ラジアル軸受部との何れか一方にラジアル動圧発生溝を形成すると共に、前記軸体と前記軸受部材との隙間に潤滑油を充填し、この潤滑油のメニスカス形成部周辺のスラスト方向に開放されているラジアル方向の前記隙間に面する前記軸体及び前記軸受部材に撥油膜を塗布した動圧軸受装置において、回転に伴い変化する前記撥油膜を塗布した前記軸体と前記軸受部材との隙間の変化量を６μｍ以下としたことを特徴とする。
【００２１】
また、前記撥油膜の厚さが３μｍ以下であることを特徴とする。
【００２２】
また、前記撥油膜の厚さが１μｍ以下であることを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態である動圧軸受装置の要部拡大側断面図である。
【００２４】
まず、本発明の実施の形態である動圧軸受装置の構成について説明する。本発明の動圧軸受装置の撥油処理部を除く構成は、従来と同様であるので同じ構成要素には同じ符号と名称とを用いて全体の詳細な説明を省略する。図１において、軸体５は中心軸であるセンターピン２並びに円筒部材であるシャフト３により構成される。軸受部材１０は両スラストプレート８及びスリーブ９により構成され、軸受部材１０が嵌入している軸受保持部材をも含んでいる。オイル２０のメニスカス形成部周辺の軸体５と軸受部材１０とのラジアル方向の隙間はスラスト方向に開放されており、この隙間に面する軸体５の外周面５ａ及び軸受部材１０の内周面１０ａに撥油膜が塗布されている。１６は軸体５のセンターピン２の外周面２ａに塗布された撥油膜で形成された撥油処理部であり、１７は軸受部材１０であるスラストプレート８の内周面８ａ及び外端面８ｂに塗布された撥油膜で形成された撥油処理部である。
【００２５】
軸体５を構成するセンターピン２の外周面２ａ並びにスラストプレート８の内周面８ａの基材の真円度は５μｍ以下に、撥油処理部１６、１７の膜厚を３μｍ以下に加工する。更に、撥油処理部１６、１７を含む真円度を５μｍ以下に、更に好ましくは２μｍ以下とする。撥油処理部１６、１７には、オイルの滲み出しを防止するために十分な撥油性が求められると同時に、基材に対する密着強度及び基材の真円度への影響を小さくする上で、薄膜であることが好ましい。そして、回転に伴い変化する前記撥油膜を塗布した軸体５と前記軸受部材１０との隙間の変化量が６μｍ以下になるように形成してある。
【００２６】
これら撥油処理部１６、１７に使用される撥油剤としてはフッ素系カップリング剤がある。フッ素系カップリング剤は、ＣＦ３（ＣＦ２）ｎＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３の一般式（ｎ＝３以上）のものが一般的であるが、他にもＸ−ＣＨ２ＣＨ２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３、Ｙ−ＣＨ（ＣＨ３）Ｓｉ（ＯＣＨ３）３を基本骨格として、Ｘ、Ｙがその構造の中にＣ−Ｆ結合を有する直鎖状や分岐型など種々のタイプとしたものがある。例えば、デュポン社のテフロン（登録商標）・クリアコートによれば、ナノメートルオーダーの膜厚加工ができる。
【００２７】
また、膜厚３μｍ以下の撥油処理の例としては、フッ素系コーティング剤ではセイケミカル（株）のエフエフコートＳＦＥ−７００があり、専用溶媒で濃度調節することで数μｍの膜厚とすることができる。また、フッ素系の材料ではないが、撥油性と膜厚のコントロールが良好な材料として日本パリレン（株）のポリパラキシリレンの化学蒸着がある。また、無電解又は電解メッキ液中にテフロン（登録商標）微粒子が分散しており、メッキ金属被膜中にテフロン（登録商標）微粒子を取り込む。メッキ後、テフロン（登録商標）の溶融温度で熱処理することにより、金属の上にテフロン（登録商標）の皮膜を形成するテフロン（登録商標）共析メッキでは、上村工業（株）のニムフロン、メタフロンがあり、日本カニゼン（株）のカニフロンがある。メタフロンは電解メッキタイプであり、その他はいずれも無電解メッキタイプである。何れもメッキ時間のコントロールにより膜厚を数μｍにコントロール可能である。
【００２８】
【実験例】
ポンピング作用によるオイル漏れを確認するために、基材の真円度と撥油処理層の材質や膜厚の値、メニスカス形成部の隙間変化量を種々に変えて組合せた試料を作製して、オイル漏れの成績を比較する試験を行った。
＜試験条件＞
軸体の真円度は、基材が１μｍ以下、撥油処理後の撥油処理層を含む真円度が０．８〜１．１μｍのものを用いた。軸受部材内径の真円度は、実際には任意の真円度を狙った加工は難しいため、１０μｍ以上、５μｍ付近、１μｍ付近に加工された部材から選択して使用した。なお、メニスカス形成部の撥油処理後の内径と軸体との隙間は、１００μｍ程度とした。動圧軸受装置を作製してスピンドルモータに組み込み、４５００ｒｐｍで約１０００時間回転後に、オイル漏れの有無を確認した。
【００２９】
実験例１〜５として、撥油剤Ａであるフッ素系シランカップリング処理により膜厚０．２〜０．５μｍの撥油処理層を形成した。実験例６〜９として、撥油剤Ｂであるフッ素系コーティング剤を用いてフッ素系溶剤の濃度を調整してコーティングし、撥油処理層の膜厚を約２μｍとした。比較例１〜３として、従来の撥油剤Ｃであるフッ素樹脂微粒子や有機バインダー樹脂を分散させた溶剤を塗布・乾燥後に焼成してフッ素樹脂塗装による膜厚３０μｍの撥油処理をした。
【００３０】
実験結果を図２の表１に示す。撥油剤Ａを用いた場合の実験例５を見ると、撥油処理層の膜厚は薄くても、軸受部材の真円度が１０μｍ超であると、隙間変化量もそれなりに大きくなり、結果的に不良率１００％となった。実験例３を見ると、真円度は２μ以下レベルとよいが、隙間変化が７μｍ以上と大きいため、不良率は４４％と大きかった。隙間変化が６μｍ以下の実験例１、２、４では不良率５％以下と良好であった。
【００３１】
撥油剤Ｂを用いた場合の実験例６、７、８では、隙間変化量が６μｍ以下で不良率５％以下と良好であった。実験例９では隙間変化量が６〜８μｍとやや大きく、不良率は３３％と不満足であった。
【００３２】
従来の撥油剤Ｃを用いた場合の比較例１〜３を見ると、撥油処理層の膜厚が厚く、隙間変化もそれ相応に大きくなった結果、不良率は９４〜１００％と悪かった。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態である動圧軸受装置の効果について説明する。以上の実験結果から、隙間変化量が６μｍ以下ではオイル漏れが殆ど発生しないことが確かめられた。隙間変化量を少なく抑えるには、軸体及び軸受部材の基材の真円度をよくすると同時に、撥油処理層の膜厚を３μｍ以下の薄膜にするとよい。３μｍ以下の膜厚が可能な材料として、フッ素系コーティング剤やパリレン処理が使用できる。また、１μｍ以下の膜厚が可能な材料として、フッ素系シランカップリング剤を使用することができる。また、本実験は軸体５と軸受部材１０との隙間を１００μｍ前後に設定して行ったが、この隙間は５０〜１５０μｍにおいて同様の効果が得られるものである。さらに、本実験ではスピンドルモータの回転数を４５００ｒｐｍで行ったが、約２００００ｒｐｍまでの高速回転での対応が可能であることを確認している。
【００３４】
なお、本発明の実施の形態では、コマ状軸体の動圧軸受装置について説明したが、本発明は、オイルのメニスカス形成部周辺のラジアル方向の軸受隙間がスラスト方向に一方又は両方が開放されている動圧軸受装置に適用できるものであって、軸体の形状に限定されるものではない。また、その軸体と軸受部材とはどちらが固定側であっても、回転側であってもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、軸体と軸受部材とのラジアル方向の隙間がスラスト方向に開放されており、潤滑油のメニスカス形成部周辺の前記隙間に面する前記軸体及び前記軸受部材に撥油膜が塗布された動圧軸受装置において、回転に伴い変化する前記撥油膜を塗布した軸体と前記軸受部材との隙間の変化量が６μｍ以下であるようにしたので、ポンピング作用を軽減してオイル漏れを防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態である動圧軸受装置の要部拡大側断面図である。
【図２】本発明の実験結果を示す表である。
【図３】従来の動圧軸受装置を示す要部側断面図である。
【図４】従来の動圧軸受装置の要部拡大側断面図である。
【図５】メニスカス部の変化を説明するための要部拡大模式側断面図である。
【図６】軸受隙間の変化を説明するための説明図である。
【図７】軸受隙間の変化を説明するための説明図である。
【図８】軸受隙間の変化を説明するための説明図である。
【符号の説明】
２  センターピン
２ａ  外周面
３  シャフト
３ｂ  側面
３ｃ  端面
５  軸体
６  スラスト動圧発生溝
７  ラジアル動圧発生溝
８  スラストプレート
８ａ  内周面
９  スリーブ
１０  軸受部材
１６、１７  撥油処理部
２０  潤滑油
【図１】
2004204942.tif 000003
【図２】
2004204942.tif 000004
【図３】
2004204942.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004204942.tif 000007
【図６】
2004204942.tif 000008
【図７】
2004204942.tif 000009
【図８】
2004204942.tif 000010