(57)【要約】【課題】高い導電性を有しつつ、オイル存在下での摺動特性も良好な保護膜を有する摺動部材を提供する。【解決手段】  摺動部材１は、基材２と、前記基材上に設けられた金属下地層３１と、前記金属下地層３１上に設けられた高抵抗ダイヤモンドライクカーボン３２層と、高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２を膜厚方向に貫通し、一端が金属下地層３１に接触し且つ他端が高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２の表面３２ａに露出するする柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分３３を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と、前記基材上に設けられた金属下地層と、前記金属下地層上に設けられた高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層と、前記高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層内に存在し、その膜厚方向に貫通し、一端が前記金属下地層に接触し且つ他端が高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層の表面に露出する柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分を複数含む摺動部材。
【請求項２】
前記高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層の表面積に対する前記柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分の露出した部分の面積が、０．３％〜６０％であることを特徴とする請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層の表面積に対する前記柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分の露出した部分の面積が、０．５〜５０％であることを特徴とする請求項２に記載の摺動部材。
【請求項４】
前記低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分の電気抵抗値が、１０００Ω以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項５】
前記高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層の電気抵抗値が、２４０００Ω以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項６】
前記高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層が、前記柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分より多くの水素を含むように形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項７】
前記柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボンが、円柱又は角柱の形状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項８】
前記摺動部材が、流体動圧軸受装置に用いられる摺動部材であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の摺動部材。
【請求項９】
前記摺動部材が、ハードディスクドライブのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置に用いられる摺動部材であることを特徴とする請求項８に記載の摺動部材。
【請求項１０】
上記基材の表面に、前記流体動圧軸受装置に用いられる流体が流れる溝が形成されており、前記溝内に前記保護膜が形成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の摺動部材。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の摺動部材を含むことを特徴とする流体動圧軸受装置。
【請求項１２】
ハードディスクドライブのスピンドルモータに用いられることを特徴とする請求項１１に記載の流体動圧軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材及び、それを用いた流体動圧軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータの軸受けとして、オイルを流体とした流体軸受け（ＦＤＢ：Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｂｅａｒｉｎｇ）が用いられている。流体軸受けは、ボールベアリング（玉軸受け）と比較して長寿命であり、低騒音であるため、ハードディスクドライブや廃熱ファンなどに採用されている。流体軸受けの摺動面には、動圧発生溝に加えて、表面に高潤滑性のコーティングが施される場合がある。そのコーティングは炭素を主体とするダイヤモンドライクカーボン層（ＤＬＣ：Ｄｉａｍｏｎｄ―ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）が用いられることが多い。ダイヤモンドライクカーボン層は、一般に、耐摩擦摩耗特性に優れ、高い硬度を有する。
【０００３】
一般に流体軸受けを用いるモータの回転数は７０００ｒｐｍを超える程の高回転であるため、その回転摺動面が絶縁体であると電荷が蓄積され、最終的な放電現象としてスパークが生じ、モータの故障や破損に繋がる。そのため、流体軸受け摺動面は適度に導電性を有する必要がある。ダイヤモンドライクカーボン層に導電性を付与する方法として、ダイヤモンドライクカーボン層にその厚みより大きな粒径の炭素を分散する方法（例えば、特許文献１）、ＤＬＣ層内にその膜厚方向に連続的に連なったＳＰ２結合性結晶を形成する方法（例えば、特許文献２）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０５３４１１号公報
【特許文献２】特開２００２−３２７２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の方法では、ハードディスクドライブのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置で要求されるような十分な導電性を得ることは難しかった。また、ハードディスクの用途に用いられる摺動部材では、オイル、例えば、有機モリブデンなどを含まないＦＤＢ用オイルの存在下における摺動特性についても検討する必要があった。
【０００６】
そこで、本発明は、高い導電性を有する保護膜を備えた摺動部材を提供することを目的とする。さらに、本発明は、高い導電性のみならず、オイル存在下での摺動特性も良好な保護膜を備えた摺動部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に従えば、摺動部材であって、基材と、前記基材上に設けられた金属下地層と、前記金属下地層上に設けられた高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層と、前記高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層内に存在し、その膜厚方向に貫通し、一端が前記金属下地層に接触し且つ他端が高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層の表面に露出する柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分を複数含む摺動部材が提供される。
【０００８】
本発明の第２の態様に従えば、第１の態様の摺動部材を含む流体動圧軸受装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本態様の摺動部材は、金属下地層と、金属下地層上に設けられた高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層と、高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層内に存在する柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分を含む保護膜を有する構造により、ハードディスクドライブのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置で要求されるような十分高い導電性を有する。更に、本発明の摺動部材はオイル存在下における摺動特性に優れる。よって、本発明によりハードディスクドライブなどにおいて使用される耐久性の高い摺動部材を用いることができる流体動圧軸受装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態の摺動部材の保護膜の断面模式図である。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施形態の摺動部材のその他の例を示す模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施形態の摺動部材の製造方法を示す模式図である。
【図４】第２の実施形態の流体動圧軸受装置を備えるハードディスクドライブの断面模式図である。
【図５】（ａ）は、第２の実施形態の流体動圧軸受装置の断面斜視図であり、（ｂ）は、断面図である。
【図６】（ａ）は、スパッタリング法により成膜したダイヤモンドライクカーボン層における、成膜時の放電用ガス中の水素流量比（Ｈ２／（Ｈ２＋Ａｒ））と、ダイヤモンドライクカーボン層の電気抵抗値の関係を示す図であり、（ｂ）は、成膜時の放電用ガス中の水素流量比と、ダイヤモンドライクカーボン層の硬度及び磨耗量との関係を示す図である。
【図７】実施例において用いたボールオンディスク試験機の概略図である。
【図８】実施例１〜９で作成した摺動部材の保護膜の構造を模式的に示す図である。
【図９】電導性部材が分散して存在する摺動部材の保護膜の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１の実施形態］
本発明の摺動部材の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の摺動部材１は、基材２と、基材２上に設けられた保護膜３とを有する。基材２としては、摺動部材１の用途に応じて種々の材料を用いることができるが、主に、流体動圧軸受装置に用いられる摺動部材の基材材料が好適である。そのような基材の材料として、高精度加工が可能な信頼性の高い鋼材が挙げられ、このうち、ハードディスクドライブのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置に用いられる摺動部材の材料として、４３０Ｆなど快削性の高いステンレス鋼が好ましい。
【００１２】
保護膜３は、基材２上に設けられた金属下地層３１と、金属下地層３１上に設けられた高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２と、高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２内に存在する複数の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分３３を含む。複数の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分３３は、各々、高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２を膜厚方向に貫通する柱状であり、一端が金属下地層３１に接触し且つ他端が保護膜３の表面（外表面）３ａ、すなわち、高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２の表面３２ａに露出している。金属下地層３１は、高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２の基材２への密着性（付着性）を向上させるために用いられ、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ等を用いることができるが、汎用性の点から、特にＣｒが好ましい。金属下地層３１は、これらの金属を含む合金であってもよい。また、金属下地層３１は、単層又は複数の層から形成されてもよいが、生産効率の点から単層が好ましい。金属下地層３１の膜厚は、密着性を発揮する膜厚と保護膜全体の生産効率と保護膜の機械特性などの観点から、例えば、保護膜が２μｍの厚さである場合に、１００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲が好ましい。
【００１３】
柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分３３（以下、単に「低抵抗ＤＬＣ部分」と記載することがある）は、高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２と比較して電気抵抗値が低い、即ち、導電性が高いダイヤモンドライクカーボンから形成される。一方、高抵抗ダイヤモンドライクカーボン層３２（以下、「高抵抗ＤＬＣ層」と記載することがある）は、柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分３３と比較して電気抵抗値が高いダイヤモンドライクカーボンから形成される。尚、本明細書において、「ダイヤモンドライクカーボン」（以下、「ＤＬＣ」と記載することがある）とは、炭素の同素体、又は炭化水素から成る非晶質（アモルファス）の硬質膜を意味する。
【００１４】
図１に示すように、各低抵抗ＤＬＣ部分３３は、高抵抗ＤＬＣ層３２を膜厚方向に貫通して金属下地層３１と保護膜３の表面とを連結している。この構造により、保護膜３の表面から金属下地層３１へ低抵抗ＤＬＣ部分３３による導電パスが形成され、保護膜３の表面に溜まった電荷を導電パスにより逃がして、スパークを効果的に抑制できる。このような構造の保護層を備えることの利点について、図９に示すような内部構造の摺動部材１０１と比較して説明する。保護層のＤＬＣに導電性をもたらすには、例えば、図９に示す摺動部材１０１のように、基材１０２上の保護膜１０３が、金属下地層１３１上の高抵抗のＤＬＣ層１３２の内部に、金属等の導電物質１３３を分散させることが考えられる。しかしながら、このような導電物質の分散構造では、保護層１０３の最表面と金属下地層１３１との間に導電パスが形成されていないため保護膜１０３の表面に電荷が溜まりやすくなる。このため、保護層１０３上でのスパークの抑制が難しい。また、十分な導電性を得るために導電物質１３３を高濃度で高抵抗のＤＬＣ層１３２の内部に含有する必要があり、保護膜１０３の膜硬度の低下を招く虞がある。一方、本実施形態の保護膜３では、保護層の最表面３ａと金属下地層３１との間に導電パスが確立されているので、保護膜３の表面３ａの電荷を効率良く逃すことができる。それゆえ、高抵抗ＤＬＣ層３２中の低抵抗ＤＬＣ部分３３の割合を低く抑えることができる。この結果、高抵抗ＤＬＣ層３２の膜強度を低下することが防止される。
【００１５】
本実施形態の柱状低抵抗ＤＬＣ部分３３は、保護層の表面３ａに露出し、高抵抗ＤＬＣ層３２を膜厚方向に貫通して金属下地層３１に接触していれば特に形状は問わない。例えば、柱状低抵抗ＤＬＣ部分３３の断面が図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、円柱又は、四角柱等の角柱でもよい。また、柱状低抵抗ＤＬＣ部分３３は、その高さ方向、すなわち、高抵抗ＤＬＣ層３２を膜厚方向において、断面積が異なっていてもよい。例えば、保護層の表面３ａの面積が内部または底部（金属下地層３１に接触している部分）の面積より小さくてもよい。
【００１６】
高抵抗ＤＬＣ層３２及び低抵抗ＤＬＣ部分３３の電気抵抗値は、それぞれのＤＬＣ中に含まれる水素量により制御することができる。ＤＬＣの電気抵抗値は、ＤＬＣ中に含まれる水素量が少ないほど低く、多いほど高くなる。従って、高抵抗ＤＬＣ層３２は、低抵抗ＤＬＣ部分３３よりも多くの水素を含んでいる。摺動部材１が、例えば、ハードディスク用途に用いられる摺動部材である場合、使用時に保護膜３上にはオイルが付与される。そして、保護膜３に用いるＤＬＣ中の水素含有量が多いほど、保護膜上のオイルとの親和性が高くなり摺動特性が向上し、保護膜３及び摺動部材１の寿命が向上する。本実施形態では、水素を多く含む高抵抗ＤＬＣ層３２を用いることで、オイル存在下での良好な摺動特性を得ることができる。そして、高抵抗ＤＬＣ層３２自体は、水素を含むことにより導電性が低下するが、低抵抗ＤＬＣ部分３３によって保護膜内に導電パスを設けることにより、保護膜３に溜まった電荷を逃がすことができる。このように、本実施形態の摺動部材１は、その特有の構造により、良好な導電性とオイル存在下での摺動特性の両方を得ることができる。
【００１７】
低抵抗ＤＬＣ部分３３の電気抵抗値は１０００Ω以下であることが好ましい。低抵抗ＤＬＣ部分３３の電気抵抗値をこの範囲とすることで、上述の導電パスが有効に機能し、摺動部材使用時のスパークの発生を抑制できる。高抵抗ＤＬＣ層３２の電気抵抗値は、低抵抗ＤＬＣ部分３３の電気抵抗値よりも高いが、特に制限はない。高抵抗ＤＬＣ層３２の物性は、高硬度であり且つ低摩耗性を有していれば足りる。
【００１８】
高抵抗ＤＬＣ層３２及び低抵抗ＤＬＣ部分３３の電気抵抗値は、保護層３をスパッタリング法によって形成する場合、それらのＤＬＣ膜形成時の水素流量比（水素流量／水素を含む放電ガス流量）を調節することで制御することができる。例えば、アルゴンガスを放電用ガスに用いる場合には、（Ｈ２／（Ｈ２＋Ａｒ））を調節する。低抵抗ＤＬＣ部分３３を形成する際の水素流量比は、抵抗値をできるだけ低下させるために０〜１％とすることが望ましい。高抵抗ＤＬＣ層３２を形成する際の水素流量比は、耐摩耗性という観点から０．５〜３．５％が望ましい。尚、低抵抗ＤＬＣ部分３３は水素を含まない場合もあり、その場合、成膜時に放電用ガス中へ水素を導入しなくてよい。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の摺動部材１は、保護層３の表面３ａ、すなわち、高抵抗ＤＬＣ層３２の表面３２ａに、複数の低抵抗ＤＬＣ部分３３の一部（端部）が分散して露出している。高抵抗ＤＬＣ層３２の表面積（表面３２ａの面積）に対する低抵抗ＤＬＣ部分３３の露出した部分の面積は、０．３％以上６０％未満であることが好ましく、０．５〜５０％であることが更に好ましい。低抵抗ＤＬＣ部分３３の面積をこの範囲とすることで、上述の導電パスが有効に機能し摺動部品使用時のスパークの発生を抑制でき、同時にオイルの存在下で十分な摺動特性を得ることができる。
【００２０】
本実施形態において、高抵抗ＤＬＣ層３２の膜厚は、機械特性と生産効率の観点から、０．４〜２．０μｍが好ましい。
【００２１】
前述のように本実施形態の摺動部材１は、流体動圧軸受装置に用いられる摺動部材であることが好ましく、例えば、ハードディスクドライブ（以下、必要に応じて「ＨＤＤ」と記す）のスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置、廃熱ファンの流体軸受装置に好適である。但し、本実施形態の摺動部品は、流体動圧軸受装置に限らず、各種の摺動面、摩擦面を有する装置に適用してもよい。このような装置として、例えば、転がり軸受けのボールあるいは、ボールの軌道溝等が挙げられる。
【００２２】
次に、本実施形態の摺動部材１の製造方法の一例について、図３に従って説明する。図３に示す方法では、高抵抗ＤＬＣ層３２中の低抵抗ＤＬＣ部分３３のパターンをフォトリソグラフィを用いて形成し、高抵抗ＤＬＣ層３２及び低抵抗ＤＬＣ部分３３は、スパッタリング法を用いて成膜する。
【００２３】
まず、基材２上に金属下地層３１をスパッタリング法により形成する。次に、金属下地層３１上にフォトレジストを塗布し、フォトレジストに所定のパターンを有するマスクを介してレーザー光を照射してフォトレジストを露光する。その後、フォトレジストを現像液により現像する。この結果、例えば、ポジ型フォトレジストでは、露光された部分はフォトレジストが取り除かれ、金属下地層３１が露出する。このようにして、図３（ａ）に示すように、金属下地層３１上に凹凸状にパターニングされたレジスト膜３４が得られる。レジスト膜３４には、その表面３４ａから金属下地層３１まで膜厚方向に貫通する貫通孔３４ｂが複数形成されている。
【００２４】
次に、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜３４の上に、スパッタリング法により、電気抵抗の低いＤＬＣ層３５を形成する。電気抵抗の低いＤＬＣ層３５は、レジスト膜３４上に形成されるＤＬＣ層３５ａと、レジスト膜３４の貫通孔３４ｂの中に形成されるＤＬＣ層３５ｂからなる。電気抵抗の低いＤＬＣ層３５は、例えば、成膜中の放電用ガス中の水素流量比を調節して成膜することができる。次に、レジスト膜３４を溶剤等により除去するが、このときレジスト膜３４上のＤＬＣ層３５ａも同時に除去される。これにより、図３（ｃ）に示すように、金属下地層３１上には、ＤＬＣ層３５ｂのみが柱状に残り、この柱状のＤＬＣ層３５ｂが、低抵抗ＤＬＣ部分３３となる。
【００２５】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト膜３４が除去された金属下地層３１上に、高抵抗ＤＬＣ層３２をスパッタリング法により成膜する。高抵抗ＤＬＣ層３２は、低抵抗ＤＬＣ部分３３上に形成されるＤＬＣ３２ａと、低抵抗ＤＬＣ部分３３の周囲に形成されるＤＬＣ３２ｂからなる。高抵抗ＤＬＣ層３２は、例えば、成膜中の放電用ガス中の水素流量比を低抵抗ＤＬＣ部分３３の形成で導入した導入量より高くなるように調節しながら成膜することができる。次に、ラッピング加工等に表面を研磨加工して低抵抗ＤＬＣ部分３３上のＤＬＣ３２ａを除去し、図３（ｅ）に示すような基材２上に保護膜３が形成された本実施形態の摺動部材１が完成する。
【００２６】
上述の製造方法では、水素を含まない炭素単体からなるターゲット材料を用い、放電用ガス中の水素流量比を調整することで、低抵抗ＤＬＣ部分３３及び高抵抗ＤＬＣ層３２の両方を成膜することができる。共通の炭素ターゲットを使用できるため、製造コストを低く抑えることができる。また、上述の製造方法では、保護膜３をスパッタリング法により形成したが、本実施形態の保護膜３は、スパッタリング法の他、イオンプレーティング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法等の一般の成膜方法を用いて製造することができる。
【００２７】
［第２の実施形態］
第１の実施形態の摺動部材を含む流体動圧軸受装置について、ＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置を例に挙げて、図４及び５を参照しながら説明する。図４に示すように、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）４は、主に、複数枚のディスク５と、ディスク５を支持するハブ６と、永久磁石及びコイルなどを有するスピンドルモータ７と、流体動圧軸受装置８から構成される。図４、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、流体動圧軸受装置８は、主に、軸８１と、軸８１を収容する貫通穴８２ａが形成された筒状の軸受けスリーブ８２と、軸８１の下側に設置される円盤状のスラスト軸受け８３と、シール８４と、それらの部品を収容するハウジング８５から構成されている。以下、必要に応じて、軸受けスリーブ８２及びスラスト軸受け８３を合わせて、「軸受け部材８２、８３」と記載する。ハウジング８５内において、軸８１と、軸受け部材８２、８３との間の隙間はオイルで満たされており、外部へのオイルの漏えいを防ぐため、ハウジングの上部はシール８４により封止されている。軸８１の側面には、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、へリングボーン状やスパイラル状の動圧発生溝８１ａが形成されており、更に、軸受けスリーブ８２の端面８２ｂと当接する、スラスト軸受け８３の摺動面８３ｂにも動圧発生溝８３ｃが形成されている。
【００２８】
本実施形態のＨＤＤ４では、流体動圧軸受装置８の軸８１にハブ６が固定されており、スピンドルモータ７がハブ６を回転することにより、ディスク５と軸８１が回転する。このとき、軸８１と、軸受け部材８２、８３との間のオイル（流体）が動圧発生溝８１ａ、８３ｃの溝パターンにしたがって流れて押圧され、オイル中に局部的な高圧部分が生じることにより、回転する軸８１の側面を軸受けスリーブ８２が支え、軸８１の底面をスラスト軸受け８３が支える。このように、軸８１の回転時、軸８１、軸受けスリーブ８２及びスラスト軸受け８３は、それぞれの間にオイルが介在し非接触の状態であるが、接触及び摺動が全く生じないわけではない。特に、スピンドルモータ７の起動時及び停止時には、軸８１、軸受けスリーブ８２及びスラスト軸受け８３の間で、接触及び摺動が生じる。
【００２９】
本実施形態のＨＤＤ４では、スラスト軸受け８３に、第１の実施形態の摺動部材を用いる。スラスト軸受け８３における、軸受けスリーブ８２と摺動する摺動面８３ｂ上に、金属下地層３１と、金属下地層３１上に設けられた高抵抗ＤＬＣ層３２と、高抵抗ＤＬＣ層３２内で膜厚方向に貫通する低抵抗ＤＬＣ３３を含む保護膜３を形成する（図１参照）。スラスト軸受け８３上に設けられた保護膜３は、高い導電性を有し、更に、オイル存在下における摺動特性に優れる。このような保護膜３を有するスラスト軸受け８３は高寿命であり、この結果、スラスト軸受け８３を用いた流体動圧軸受装置８の耐久性及び寿命も向上する。
【００３０】
上述のように、スラスト軸受け８３の摺動面８３ｂには動圧発生溝８３ｃが形成されている。摺動面８３ｂ上の動圧発生溝の深さは、７〜２０μｍであるので、動圧発生溝８３ｃを埋めてしまわないように、摺動面８３ｂ上の保護膜３の厚みは２０００ｎｍ以下が好ましく、また、ある程度の膜強度が得られるように１５０ｎｍ以上が好ましい。
【００３１】
ＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置は、精密部品であり高精度の動作を要求されるため、スラスト軸受け８３の摺動面８３ｂは平坦であることが求められる。また、摺動面８３ｂ上には動圧発生溝８３ｃのような構造体が設けられているため、保護膜の成膜後に研磨することはできない。本実施形態において、保護膜３の最表層は平坦な表面を有する。
【００３２】
尚、本実施形態では、スラスト軸受け８３に第１の実施形態の摺動部材を用いたが、軸受けスリーブ８２に第１の実施形態の摺動部材を用いてもよい。この場合、スラスト軸受け８３と摺動する、軸受けスリーブ８２の端面８２ｂ上に保護膜３を形成する。また、本実施形態では、軸８１に動圧発生溝８１ａを形成したが、代わりに、軸８１に対向する、軸受けスリーブ８２の貫通穴８２ａの表面に動圧発生溝を形成してもよく、更に、本実施形態では、スラスト軸受け８３の面８３ｂに動圧発生溝８３ｃを形成したが、代わりに、軸受けスリーブ８２の端面８２ｂに動圧発生溝を形成してもよい。更に、本実施形態は、軸８１が回転する流体動圧軸受装置８について説明したが、軸を固定し軸受け部材を回転する流体動圧軸受装置であってもよい。
【００３３】
尚、本実施形態では、ＨＤＤのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置について説明したが、本実施形態の流体動圧軸受装置は、これに限られない。本発明の流体動圧軸受装置は、ＨＤＤのスピンドルモータ以外に、例えば、廃熱ファン、工作機械の軸等に用いることができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。
【００３５】
［ＤＬＣ層の試料１〜４の作製]
水素含有量の異なるＤＬＣ層の試料１〜４を以下の方法により作製した。まず、基材として直径約６ｍｍ、厚さ約１ｍｍの円盤状ＳＵＳ板を用意し、ＳＵＳ板上に金属下地層として、クロム層をスパッタリング法により成膜した。クロム層の膜厚は、０．２μｍとした。クロム層の成膜は、ターゲットとして金属クロムターゲットを用い、スパッタリング装置の成膜チャンバ内における成膜時の圧力を２Ｐａ、スパッタ出力（Ｃｒ）６ｋＷとし、放電用ガスとしてアルゴンガスを２００ｃｃ/ｍｉｎで導入した。また、基材に印加したバイアス電圧は−１００Ｖとした。
【００３６】
次に、成膜したクロム層上に、ＤＬＣ層をスパッタリング法により成膜した。ＤＬＣ層の成膜は、ターゲットとして、カーボンターゲットを用い、スパッタリング装置の成膜チャンバ内における成膜時の圧力を２Ｐａ、スパッタ出力（Ｃ）を６ｋＷとし、放電用ガスとしてＡｒガスと水素ガスを導入した。ＤＬＣ層成膜時のＡｒガスと水素ガスとの導入量比を調節することで、すなわち、水素流量比（Ｈ２／（Ｈ２＋Ａｒ））をそれぞれ０％、１％、３％及び７％と変化させてＤＬＣ層を成膜し、４種類の試料１〜４を製造した。試料１〜４のＤＬＣ層の膜厚は、２μｍであった。尚、成膜時に、基材にバイアス電圧は印加しなかった。
【００３７】
[電気抵抗値の測定］
上で作製した試料１〜４のＤＬＣ層の電気抵抗値を抵抗測定器により測定した。試料１〜４のＤＬＣ層の電気抵抗値は、それぞれ、３０Ω、１０００Ω、２４０００Ω及び３５００００Ωであった。図６（ａ）に、試料１〜４のＤＬＣ層の形成時の水素流量比と電気抵抗値の関係を示す。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、ＤＬＣ層形成時の水素流量比が増加すると、ＤＬＣ層の電気抵抗値は上昇した。この結果から、ＤＬＣ層形成時の水素流量比が増加するほど、ＤＬＣ層の導電性が低下することが分かる。また、ＤＬＣ層形成時の水素流量比を１％以下とすることで、柱状低抵抗ＤＬＣに適する１０００Ω以下の電気抵抗を有するＤＬＣが得られることがわかった。
【００３９】
［硬度測定及び耐摩耗性試験］
上で作製した試料１〜４のＤＬＣ層の硬度をナノインデンテーション方式の硬さ試験機（エリオニクス社製、ＥＮＴ−１１００ａ）を用いて、ナノインデンテーション法により測定した。ナノインデンテーション法は、ＩＳＯ１４５７７−１、２、３、４で規格化されており、膜厚がナノオーダーからミクロンオーダーの薄膜の硬度測定に適する。
【００４０】
また、図７に示すボールオンディスク試験機９を用いて、次の方法により試料１〜４のＤＬＣ層の耐摩擦性試験を行った。図７に示すボールオンディスク試験機９に配置したディスク１０は、上で作製した試料１〜４である。ディスク１０の表面、すなわち、試料の保護膜上にボール１１を設置する。ボール１１を固定し、且つ上から錘１２により、２０Ｎ（＝１．７ＧＰａ）の荷重をかけた状態で、ディスク１０を回転数１５００００回転／分で回転させ、５分の回転後に５秒の停止する、スタートストップの動作を繰り返し、合計３００分間の回転及び摺動を行った。試験後、ディスク１０上に発生する磨耗痕１３の体積（磨耗量）を測定した。
【００４１】
尚、本試験は、各試料（ディスク１０）が例えば、ハードディスクドライブのスピンドルモータの流体動圧軸受装置に用いられる摺動部材であると想定し、そのような装置と同じ使用環境で試験を行うために、ＦＤＢ用低粘度オイルをディスク１０上に付与することで油中での環境とし、すなわち、ボール１１とディスク１０の境界に油膜を形成した状態で試験を行った。ＨＤＤの流体軸受けは、起動時・停止時に油膜切れが起こり、最もダメージが大きいと言われている。このため、本試験では、油中においてディスク１０のスタートストップの動作を繰り返し行った。また、ボール１１にかけた荷重は、最大面圧で１．７ＧＰａ以上と、ディスク１０が塑性変形しないまでも弾性変形限界（２〜３ＧＰａ）に近い値を考慮して決定した。この様に、本試験は、ＨＤＤの起動・停止時の動作環境や、落下時の負荷などを想定した高負荷試験である。
【００４２】
図６（ｂ）に、試料１〜４のＤＬＣ膜の形成時の水素流量比と、ＤＬＣ層の硬度及び摩耗量の関係を示す。図６（ｂ）に示したように、水素流量比が約４％まではＤＬＣ層の摩耗量は、水素を導入しない場合に比べて低くなっている。そして、水素流量比が４％を超えると摩耗量が増加する傾向が現れている。硬度については、水素流量比の増加とともに減少する傾向があるが、水素流量比が１％程度では水素を導入しない場合に比べて硬度がわずかに増加していることが分かる。このような傾向に、図６(ａ)に示した水素流量比に対する抵抗値の変化を勘案すると、ＤＬＣの抵抗が低く且つ耐摩耗特性も良好である領域が存在することが分かる。例えば、水素流量比が１〜４％、特に１〜３％の範囲では、摩耗量が少ないので、高抵抗ＤＬＣ層として使用すると、保護層の耐久性という点で有効であることが分かる。一方、水素流量比が０〜１％の範囲のＤＬＣは、抵抗値が低いので保護層内で電導パスを形成する材料として有効であることが分かろう。
【００４３】
［実施例１〜９］
実施例１〜９では、高抵抗ＤＬＣ層３２の表面積に対する低抵抗ＤＬＣ部分３３の露出した部分の面積を０．００７〜６０．００％の範囲で変化させて、図３に示す製造方法により、図８に示すような形状の摺動部材１を作製した。
【００４４】
まず、基材として直径約６ｍｍ、厚さ約１ｍｍの円盤状ＳＵＳ板２を用意し、ＳＵＳ板上に上述の試料１〜４と同様の方法により、金属下地層として膜厚０．２μｍのクロム層３１をスパッタリング法により成膜した。
【００４５】
次に、成膜したクロム層上に、ポジ型フォトレジストを均一に塗布した。次いで、直径径５０μｍの開口を複数有する金属マスクを介してレーザー光を照射してフォトレジストを露光した後、現像液により現像し、複数の貫通孔３４ｂを有するレジスト膜３４を形成した（図３（ａ））。貫通孔３４ｂは円柱の形状であり、その直径は５０μｍであった。
【００４６】
レジスト膜３４上に、上述の試料１と同様の方法により、ＤＬＣ層３５をスパッタリング法により成膜した。即ち、放電用ガスとしてＡｒガスのみを導入してＤＬＣ層を成膜した（図３（ｂ））。このＤＬＣ層の電気抵抗値は図６より３０Ωである。
【００４７】
次に、レジスト膜３４を溶剤等により除去した。このときレジスト膜３４上のＤＬＣ層３５ａも同時に除去され、金属下地層３１上には、ＤＬＣ層３５ｂのみが柱状に残った。こうして、低抵抗ＤＬＣ部分３３が形成された（図３（ｃ））。
【００４８】
レジスト膜３４が除去された金属下地層３１上に、試料３と同様の方法により、ＤＬＣ層をスパッタリング法により成膜した。即ち、放電用ガス中の水素導入量を３％（ｖｏｌ．％）とし、ＤＬＣ層３２を成膜した（図３（ｄ））。このＤＬＣ層の電気抵抗値は図６（ａ）より２４０００Ωである。
【００４９】
次に、ラッピング加工により表面を研磨して低抵抗ＤＬＣ部分３３上の高抵抗ＤＬＣ層３２ａを除去し、基材２上に保護膜３が形成された摺動部材１を製造した（図３（ｅ）及び図８）。保護膜３における高抵抗ＤＬＣ層３２の膜厚は、２μｍであった。尚、実施例１〜９では、パターニング用のマスクを交換してレジスト膜３４に形成された貫通孔３４ｂの数を調節することで、高抵抗ＤＬＣ層３２の表面積に対する低抵抗ＤＬＣ部分３３の露出した部分の面積を下記表１に示すように０．００７〜６０．００％の範囲で変化させた。
【００５０】
［比較例１及び２］
高抵抗ＤＬＣ層３２の表面積に対する低抵抗ＤＬＣ部分３３の露出した部分の面積が、それぞれ０％、１００％である試料を比較例１及び２として用意した。すなわち、比較例１の試料は上述した試料３に相当し、比較例２の試料は上述した試料１に相当する。図６（ａ）の測定結果より、比較例１及び２の試料の電気抵抗値は２４０００Ω及び３０Ωであることが分かる。
【００５１】
実施例１〜９、比較例1及び２で作製した試料について、スパーク抑制効果及びオイル存在下における摺動特性について以下の手順に従って評価した。
【００５２】
[スパーク抑制効果の評価]
実施例１〜９、比較例1及び２の各試料を用いた２．５５インチＨＤＤを１０台用意し、１００時間連続動作後に分解調査をした。これらのＨＤＤのスリーブ軸受けに残るスパーク痕（染み）の有無を観察した。以下の評価基準に従って、実施例１〜９、比較例1及び２の各試料のスパーク抑制効果を評価した。
【００５３】
スパーク抑制の評価基準：
○：１０台中全てスパーク痕なし
△：１０台中1台スパーク痕あり
×：１０台中３台以上スパーク痕あり
【００５４】
[オイル存在下における摺動特性（耐摩耗性）の評価]
図７に示すボールオンディスク試験機９を用いて、耐摩耗性試験を行った。試験方法は、上述した試料１〜４のＤＬＣ層に対して行った耐摩耗性試験と同様の方法であり、試験後、ディスク１０上に発生する磨耗痕１３の体積（磨耗量）を測定した。また、試験後の各試料の保護膜の状態を目視により観察した。その結果から、以下の評価基準に従って、各試料の摺動特性（耐摩耗性）を評価した。
【００５５】
摺動特性（耐摩耗性）の評価基準：
○：磨耗量が０．００２５ｍｍ３未満で、試験前と比較して外観に大きな変化が無い。
△：磨耗量が０．００２５ｍｍ３以上で、外観的に膜の不連続状態（下地の露出など）がわずかに見られる。
×：磨耗量が０．００４０ｍｍ３以上又は、外観的に殆どの領域に不連続状態（下地の露出など）が見られる。
【００５６】
表１に、実施例１〜９、比較例1及び２におけるスパーク抑制効果及び耐摩耗性の評価結果を示す。
【００５７】
【表１】
2013194783.tif 000003
【００５８】
表１に示すように、保護膜が高抵抗ＤＬＣ層及び柱状低抵抗ＤＬＣを含む実施例１〜９は、スパーク抑制効果及び耐磨耗性の両方の評価結果が△又は○と良好であった。また、高抵抗ＤＬＣ層表面積に対する柱状低抵抗ＤＬＣの面積比が０．３％以上である実施例４〜９ではスパーク抑制効果が特に良好であり、柱状低抵抗ＤＬＣの面積比が６０％未満の実施例１〜８では、耐磨耗性が特に良好であった。高抵抗ＤＬＣ層表面積に対する柱状低抵抗ＤＬＣの面積比が０．３％以上６０％未満の実施例４〜８では、スパーク抑制効果及び耐磨耗性が共に、特に良好であった。実施例４〜８の結果から、高抵抗ＤＬＣ層表面積に対する柱状低抵抗ＤＬＣの面積比が０．５〜５０％の範囲であれば、スパーク抑制効果及び耐磨耗性が共に特に良好であることがわかった。
【００５９】
一方、高抵抗ＤＬＣ層表面積に対する柱状低抵抗ＤＬＣの面積比が０％、即ち、柱状低抵抗ＤＬＣを含まない比較例１は、スパーク抑制効果の評価結果が×と不良であった。これは、比較例１の保護膜には柱状低抵抗ＤＬＣの導電パスが存在せず、表面が帯電し易いためである。
【００６０】
また、高抵抗ＤＬＣ層表面積に対する柱状低抵抗ＤＬＣの面積比が１００％、即ち、高抵抗ＤＬＣ層を含まない比較例２は耐磨耗性評価が×と不良であった。これは、比較例２の保護膜は水素が含有されていないため保護膜上に付与されるオイルとの親和性が低く、オイル存在下での摺動特性が低下したためであると考えられる。
【００６１】
以上、本発明の摺動部材及び流体動圧軸受装置を実施例により具体的に説明してきたが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。基材の材料や下地層の材料などは本発明の範囲内において種々のものを使用し得る。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明の摺動部材は、高い導電性を有するためスパーク抑制効果を有し、更に、オイル存在下における摺動特性に優れるため、種々の流体動圧軸受装置に好適である。特に、ハードディスクドライブのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置に好適である。本発明により、耐久性に優れたハードディスクドライブのスピンドルモータ用の流体動圧軸受装置が低コストで提供される。
【符号の説明】
【００６３】
１      摺動部材
２      基材
３      保護膜
３１    金属下地層
３２    高抵抗ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）層
３３    柱状の低抵抗ダイヤモンドライクカーボン部分（ＤＬＣ）
４      ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）
５      ディスク
６      ハブ
７      スピンドルモータ
８      流体動圧軸受装置
８１    軸
８２    軸受けスリーブ
８２ａ  軸受けスリーブの貫通穴
８２ｂ  軸受けスリーブの端面
８３    スラスト軸受け
８３ｂ  軸受けスリーブと摺動する、スラスト軸受けの摺動面
８４    シール
８５    ハウジング
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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