(57)【要約】      （修正有）【課題】衝撃印加時の潤滑剤の飛散を抑制し所定の潤滑剤量を保持し得る軸受機構を備えた磁気ディスク装置を提供する。【解決手段】軸受装置のシール部において、固定部材１と回転部材２が対向して構成される空間に潤滑剤３が封入され、潤滑剤３と空気が常に接する気液界面６を形成する。回転部材側潤滑剤接触面５ｒ、および固定部材側潤滑剤接触面５ｓに、回転部材側撥油部と親油部からなる表面を交互に有する面４ｒおよび固定部材側撥油部と親油部からなる表面を交互に有する面４ｓを設ける。【選択図】図１
2009281445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材と固定部材の隙間に潤滑剤を保持する空間を有する軸受装置において、前記軸受のシール部分を構成する部材は、親油部と撥油部からなる表面を交互に有することを特徴とした軸受装置。
【請求項２】
磁気ディスク媒体と、それを保持し回転させるスピンドルモータと、前記磁気ディスク媒体に対し記録・再生を行う磁気ヘッドと、前記磁気ヘッドのトラッキング方向の位置決め動作を行う駆動装置とを筐体内に備えた磁気ディスク装置において、前記スピンドルモータは軸受部を有し、当該軸受部は回転部材と固定部材の隙間に潤滑剤を保持する空間を有するものであって、前記潤滑剤を保持する空間の潤滑剤と空気との界面のシール部分を構成する部材は、親油部と撥油部からなる表面を交互に有することを特徴とした磁気ディスク装置およびスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転駆動装置の流体潤滑軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気ディスク装置はノート型のパーソナルコンピュータ（以下、ＰＣ）や携帯情報機器などへの適用用途が拡がっているために、据え置き型のＰＣや磁気ディスク装置よりも持ち運ぶ機会が増えている。これは携帯時に誤って落下させたり、ぶつけたりすることにより、従来よりも衝撃が印加される危険性が増加していることを意味する。
【０００３】
図５に示した磁気ディスクなどのデータ記録装置は高速回転中の記録媒体にデータの書き込み、読み出しを行う装置である。記録媒体は、スピンドルモータ１０により回転駆動されており、静粛性、対振動性から流体動圧軸受が多く採用されている。図６にスピンドルモータの構成の一例を説明する。スピンドルモータは、記録媒体を保持するハブ２０およびハブ２０と嵌合された軸１９等からなる回転部材２と、軸１９を回転可能な状態で支持する固定部材１からなる。
【０００４】
固定部材１と回転部材２が対向して構成される空間には潤滑剤が封入され、前記空間のうちシール部１６には潤滑剤と空気が常に接する気液界面６を有している。
【０００５】
固定部材１と軸１９に挟まれ、軸１９に対して平行方向に長手となる空間にはラジアル軸受部１８となる隙間があり、ラジアル軸受部１８には動圧発生手段として固定部材１あるいは軸１９の少なくとも一方の面に溝が加工されている。軸１９が回転すると潤滑剤は溝に沿って流れて圧力を発生させ、軸１９と固定部材１が接触することが無いように回転の安定性を保つ。
【０００６】
また、固定部材１と回転部材２で構成される空間のうち、軸１９と垂直方向が長手となる空間には、スラスト軸受部１７となる隙間があり、スラスト軸受部１７には動圧発生手段として固定部材１あるいは回転部材２の少なくとも一方の面に溝が加工されている。軸１９が停止している時はスラスト軸受部１７において、回転部材２と固定部材１は接触して停止しているが、軸１９が回転すると溝に沿って流れた潤滑剤は圧力を発生させ、回転部材２と固定部材１との間に潤滑剤を保持した隙間を作る。軸１９に外力が加えられずに安定して回転している時はスラスト軸受部１７において、回転部材２は固定部材１から潤滑剤の油圧により生じる一定の油膜厚さを保って浮上した状態を保つ。
【０００７】
また、固定部材１と回転部材２が対向して構成する空間のうち、シール部１６はスラスト軸受部１７と連続して構成され、潤滑剤と空気が常に接する気液界面６を形成している。気液界面６からスラスト軸受部１７につながる空間には常に潤滑剤が保持されており、前記潤滑剤が保持された空間は、衝撃による潤滑剤の飛散，蒸発による潤滑剤の減少など潤滑剤の枯渇がスラスト軸受部１７あるいはラジアル軸受部１８まで及ぶことを防ぐオイルバッファ（貯蔵機能）としての役割を担っている。
【０００８】
軸受回転時に何らかの要因により、スラスト軸受部１７あるいはラジアル軸受部１８の潤滑剤が枯渇して油膜が破断すると、前記軸受部の固定部材表面と回転部材の表面は直接接触して摺動することになり、軸受特性の悪化のみならず、軸受の焼きつき、振動等の不具合を引き起こす。このため軸受装置には十分な量の潤滑剤が封入されている。
【０００９】
気液界面６は、潤滑剤物性，潤滑剤の封入量，固定部材１と潤滑剤の接触角，回転部材２と潤滑剤の接触角，および回転部材２の回転速度に由来する界面形状を保ちつつ、空気の混入を防ぎ、シール部１６となる領域に潤滑流体を封止あるいは留める役割を担っている。
【００１０】
スラスト軸受部１８の油膜厚さは、前記動圧発生手段として加工された溝の形状、軸の回転数および潤滑剤の物性値によって変化するものである。流体動圧軸受に用いられる潤滑剤の特性を示す粘性係数は、温度によりその値が大きく変化する傾向があるため、運転時の気温の変動はスラスト軸受部油膜厚さに直接影響する。
【００１１】
また、衝撃印加時には回転部材２が固定部材１に向かって油膜厚さを縮小する方向に移動し、スラスト軸受部１７が形成された空間の潤滑剤をシール部１６の方向に押し出し、気液界面６の形状を変形させ、液膜の伸長を助長する可能性もある。
【００１２】
上述のように、磁気ディスク装置の携行の機会の増加に伴い、磁気ディスク装置に衝撃が印加される危険性も増加している。潤滑剤が液膜となって伸長，破断飛散するのを防ぐために、衝撃印加時の潤滑剤の漏洩を抑止し、潤滑剤の枯渇を防ぐ手段の開発は急務である。
【００１３】
潤滑流体の漏出を防止する軸受装置の例が特許文献１および特許文献２に記載されている。
【００１４】
特許文献1に記載の軸受装置では、開口方向に向かって固定部材と回転部材の隙間が徐々に拡大される流体封止部において潤滑流体の接触角を小さくすることで、毛細管シール力を高め、潤滑剤の漏出防止を可能としている。
【００１５】
特許文献２に記載の軸受装置では、軸体および支持体の作動液体の液面近傍に配される接触面の接触角を１５゜以下とする接触角制御処理を施している。接触角制御処理としては、接触面加工時における旋盤加工目をそのまま残して接触面の面粗度を所定値より大きくする表面処理方法を例示し、加えて漏洩防止手段を設けることにより、作動液体が軸受から飛び出すことを防止できるとしている。
【００１６】
また、特許文献３に記載の軸受装置では、固定部又は回転部の少なくともいずれかに、撥油性の領域と親油性の領域とを設ける旨開示されている。
【００１７】
【特許文献１】特開2003-194060号公報
【特許文献２】特開2006-266367号公報
【特許文献３】特開2007-211956号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
上記文献１に記載の軸受装置は、簡便な構成により衝撃印加時の軸受の作動流体の漏出を防止できる。また、上記文献２に記載の軸受装置は、作動液体の液面付近の表面との接触角を１５゜以下とすることで作動流体をぬれ広がりやすくし、漏洩防止手段により作動液体が軸受から飛び出すことを防止できる。しかし、特許文献１および２の軸受装置は、衝撃印加時の潤滑剤のぬれ拡がりおよび漏洩については一定の効果が期待できるが、ぬれ拡がった作動流体を初期界面位置に戻すための構成については考慮されていない。
【００１９】
また、上記文献３に記載の軸受構造は、軸受の摺動面に撥水性もしくは撥油性を有する領域と、親水性あるいは親油性を有する領域とを隣あわせて配置した構成とし、軸受支持圧力を発生させるために軸受の摺動面の流量係数を制御したものである。当該軸受装置では、作動流体と空気の界面のシール部における、落下などの衝撃印加時の潤滑剤の漏洩防止に関する記載はなく、衝撃により作動流体である潤滑剤液膜が分断し、シール部の初期界面位置まで戻れず飛散する不具合が生じる可能性がある。
【００２０】
本発明の目的は、衝撃印加時の潤滑剤の飛散を抑制し所定の潤滑剤量を保持し得る軸受機構を備えた磁気ディスク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成すために、本発明の軸受装置は以下のように構成される。すなわち、軸受装置の回転部材と固定部材に挟まれたシール領域に親油部と撥油部からなる表面を交互に有する構造とした。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、軸受のシール領域に親油部と撥油部を交互に配置しているため、衝撃により軸受潤滑剤がシール部下端まで伸び広がることを防ぐことが出来る。また、伸びた潤滑剤液膜を初期界面位置まで戻りやすくすることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明にかかわる軸受装置の一実施例を図１、図２、および図６を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は本発明に係わる流体動圧軸受装置のシール部を模式的に示す縦断面図であり、図６のシール部１６を拡大して示したものである。スピンドルモータの固定部材１と回転部材２が対向して構成される空間には潤滑剤が封入され、前記空間のうち潤滑剤と空気が常に接する気液界面６を有するシール部１６は、スラスト軸受部１７と連続して構成され、潤滑剤と空気が常に接する気液界面６を形成している。気液界面６からスラスト軸受部１７につながる空間に保持された潤滑剤は、軸受内部への気泡の混入を防ぐシール機能、あるいは長時間の運転により蒸発して減少する潤滑剤のバッファ領域としての役目を担っている。スピンドルモータが、衝撃，振動などの外力がかからない状態で安定して回転している時は、気液界面は潤滑剤の表面張力により、回転部材２の潤滑剤と接触する面５ｒ、および固定部材１の潤滑剤と接触する面５ｓとに挟まれた隙間，潤滑剤と接触面の接触角で規定される界面を保つ。衝撃などの外力が加えられていない安定した状態では、界面は毛細管力により潤滑剤３の側に引かれるため、界面は潤滑剤３の方向に凹んだ形状を有する。
【００２５】
図６に示した構造を持つ従来のスピンドルモータにおいて、シール部１６の、回転部材２と接触する面５ｒおよび固定部材１の潤滑剤と接触する面５ｓにおいて、面にそって潤滑剤がしみ出すことを防ぐために撥油剤が塗布された領域が設けられている。そしてこの撥油剤が塗布された領域は、気液界面６から下方のシール部１６の下端に設けられていることが多い。通常、軸受部を構成する部材、たとえば金属面等に潤滑剤が接触すると、金属表面の粗さにもよるが、潤滑剤は約１０゜程度の接触角をもって液膜を形成する。これは、金属表面の表面エネルギーが低く、潤滑剤に対してぬれやすい傾向、すなわち親油性があることを示している。一方、金属表面に撥油剤を塗布すると、潤滑剤は撥油面に対して約５０から６０゜程度の接触角を持って接触面上に液膜を形成する。撥油剤塗布面をシール部の下端に設ける技術的な意味は、潤滑剤がぬれ広がる許容範囲を撥油剤塗布面までとしていると考えられる。
【００２６】
上述のような親油性の接触面に潤滑剤がぬれ拡がる挙動を図１を用いて説明する。流体潤滑軸受に落下等の衝撃が加えられた場合、潤滑剤３は固定部材１および回転部材部材２の表面に沿って液膜状に伸長する。通常、スピンドルモータは回転数を一定に維持するように制御されているため、衝撃印加時も回転部材には遠心力がかかっている。このため、図１に示したように、液膜７は回転部材に沿って伸びていく。回転部材表面に沿って伸びていく液膜の長さは、気液界面６からスラスト軸受部１７に続く空間にバッファとして貯蔵された潤滑剤の体積が大きいほど、印加された衝撃力が大きいほど大となると考えられ、条件によっては撥油剤が塗布された領域まで伸びることもある。伸長した潤滑剤の液膜が撥油面に到達しても、撥油面の接触角が大きいため、液膜は撥油面手前で踏みとどまる場合もあるが、仮に撥油面を超えた場合は、液膜は撥油面上で液滴に分裂して取り残されることになる。これは後述する臨界撥水厚さに起因する。
【００２７】
数式１は臨界撥水厚さを示す式である。
【００２８】
【数１】
2009281445.tif 000003
ここでρは液体の密度，γは表面張力，ｇは重力加速度，θEは固体表面と液体の接触角を表す。数式１に示す撥水臨界厚さは、表面上に安定に保持できる液膜の厚さに限界があることを示しており、表面上の液膜の厚さが撥水臨界厚さよりも小さくなると、液膜はその表面に安定して存在できずに分裂して液滴になることを意味する。
【００２９】
例えば流体の物性値を同じとした場合、撥油性の表面の撥水臨界厚さは、親油性表面のそれよりも大きくなる。同じ厚さの液膜を撥油性および親油性表面に置いた場合、液膜は撥油性表面よりも親油性表面上に安定して保持されやすくなる。
【００３０】
また、液膜は衝撃による加速度が働いている間は伸び拡がるが、加速度が０になった後は、気液界面は毛細管力により衝撃印加前の気液界面形状に戻ろうとする力が働く。この界面を復元しようとする力は、衝撃が小さい時には液膜を元の界面まで戻すために十分に働くが、衝撃が大きい場合は、伸び拡がった液膜を初期の界面位置まで戻すためには不十分である。このため、回転部材表面の広範囲に伸び広がった液膜は自力で初期の界面位置まで戻ることが出来ずに、親油面上であっても液滴に分裂して壁面に取り残される、あるいは複数回の衝撃が加えられた場合はシール部外に飛散する可能性もある。
【００３１】
回転部材の表面全体が潤滑剤との接触角が６０゜の表面で構成された場合、液膜の伸び量は前述の親油性の表面での液膜伸び量よりも少なくなり、初期の気液界面位置まで戻りやすくなることは容易に予想できる。しかし撥油性の部材表面上に保持される液膜は、親油性の表面に保持される液膜よりも分裂しやすいため、部材表面上の細かい傷等がきっかけとなり、液滴化しやすくなるという弱点を併せ持つ。
【００３２】
また、印加された衝撃値が大きい場合、液膜は接触面に沿って伸長する他に、気液界面の変形により破断して液滴となる場合もある。気液界面から分裂した液滴はシール部の外へ飛散、あるいは部材表面上に付着する可能性がある。壁面上の潤滑剤の液滴は、液滴自体の体積にかかる慣性力と表面張力が平衡している間は壁面上にとどまるが、バランスが崩れた場合は壁面から転落する。このように界面の変形から破断した液滴や、壁面から転落した液滴が軸受装置外部へ飛散した場合、汚染の原因となる。
【００３３】
また、壁面上にとどまった潤滑剤の液滴は、再度伸長してきた液膜にトラップされることが無ければシール界面に戻ることは不可能である。衝撃が複数回繰り返されれば、上述のように破断して液滴化する潤滑剤の総量は増大し、軸受内部の潤滑剤は初期の封入量から大きく減少し、軸受特性を劣化させる原因となる。
【００３４】
本発明は、部材表面に接している流体が回転時や衝撃印加条件下において安定性を保つように状態を変える特性を利用して、複数の改善案を提案するものである。すなわち部材表面に撥油性の面と親油性の面を交互に構成することで、液膜に駆動力を与え、衝撃印加時の液膜の伸びを抑制し、かつ初期界面位置まで戻りやすくするものである。
【００３５】
次に親油部と撥油部からなる面の利点について説明する。図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は回転部材側の撥油部のパターンの一例を示す部分斜視図で、後述する気液二相流の流体解析に用いた解析メッシュの一部分を示したものである。
【００３６】
図中撥油部８の領域は網掛けで示し、親油部９の領域は撥油部に隣り合う領域である。５ｒは回転部材側潤滑剤接触面には以下順に説明する撥油部と親油部のパターンが構成されている。図中撥油部８の領域は網掛けで示し、親油部９の領域は撥油部に隣り合う領域として示した。
【００３７】
図２（a）は軸受部の回転軸に対して平行方向に長手を有する連続パターンを、軸に対して垂直方向に撥油部の幅Ｐを一定間隔でくし歯状に形成し、撥油部と親油部を交互に配置したことを特徴としている。
【００３８】
撥油部と親油部の配置を図２（ａ）に示すような構成とした回転部材表面に衝撃により潤滑剤液膜が伸びていく場合、親油部のみで構成された表面上では、液膜の先端部は軸に対して垂直方向に長手方向をもって軸に対して平行な方向にほぼ一定の割合で伸びていく。一方伸長した液膜が撥油部と親油部が交互に配置された表面に差し掛かると、液膜は接触角の違いにより撥油部では伸びにくく、親油部では伸びやすくなり、全体的に液膜の伸びが抑えられる。また、液膜の先端は撥油部と親油部のパターンに対応してくし歯状となるため、撥油部の表面上に広がった液膜は親油部方向に吸引され、撥油部上に残留する液滴を減少させる効果を得る。
【００３９】
衝撃から開放されて加速度が０になった後では、気液界面６に働く毛細管力によって液膜は元の気液界面位置に戻ろうとして移動を開始する。この時撥油部と親油部が隣り合っている接触面では、接触角の違いから、液膜は親油部へ移動しようとし、撥油面上では、液膜が接触角を保って丸まろうとする。この液膜の挙動により伸長した液膜は、初期の気液界面位置まで戻り易くなる効果を得る。
【００４０】
次に示す図２（ｂ）は図２（ａ）と同様の撥油部と親油部の連続パターンを持つことを特徴とし、撥油部の幅Ｐが図２（ａ）の撥油部の幅Ｐよりも狭く形成することを特徴としている。
【００４１】
衝撃印加時の液膜の挙動は図２（a）と概略同じであるが、撥油部の幅Ｐを図２（ａ）の撥油部の幅Ｐよりも狭くしたことにより、撥油部と親油部の境界のぬれ縁長さが増加する。このため、撥油部上の液滴の取り残される割合がさらに減少し、液膜の伸びも抑えられる効果を得る。
【００４２】
次に示す図２（ｃ）は図２（ｂ）と同様に、軸受部の回転軸に対して平行方向に長手を有する連続パターンを、軸に対して垂直方向に親油部の幅Ｗを底辺とする逆三角形状を一定間隔で形成し、撥油部と親油部を交互に配置したことを特徴としている。
【００４３】
衝撃印加時の液膜の挙動は図２（ｂ）と概略同じであるが、撥油部と親油部が交互に配置された表面において、親油部が逆三角形状になっているために、衝撃により伸長した液膜は表面積の小さい逆三角形状の親油部から表面積が大きく、表面エネルギーが安定な方向である親油部のみの表面に戻ろうとする力が強く働く、このため、液膜には上述の２例よりもさらに初期の界面位置まで戻りやすくする効果を得る。
【００４４】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示した例のように、撥油部と親油部を交互に有する表面を設ける場合、撥油部および親油部を形成する領域の上限部と下限部は完全に潤滑剤中にある表面よりも、潤滑剤が伸びる表面に撥油領域と親油領域があった方が本実施例の効果を得やすいものとなる。
【００４５】
また撥油部および親油部の形成パターンの上端面の位置は、スピンドルモータが、外部から振動や衝撃が印加されていない理想的な状態で回転している時の気液界面位置から下方の部材表面に形成されることが望ましい。
【００４６】
次に示す図２（ｄ）は軸受部の回転軸に対して垂直方向に長手を有する連続パターンを軸に対して垂直方向に撥油部の幅Ｐ一定間隔で形成し、撥油部と親油部を交互に配置したことを特徴としている。
【００４７】
上記の構成により、衝撃により伸び拡がった液膜は、接触角の違いにより撥油部端において伸び拡がる速度が減速されて、さらには元の界面位置まで戻りやすくする効果を得る。撥油部の幅Ｐをさらに狭くすることで液滴が表面上に残りにくくする効果が期待できる。
【００４８】
また、図２（ｄ）に示した例において、撥油部の形成パターンの上端面の位置は、スピンドルモータが、外部から振動や衝撃が印加されていない理想的な状態で回転している時の気液界面位置から下方の部材表面に形成されることが望ましく、さらには衝撃力の大きさに対して最適な値をとることが望ましい。
【００４９】
本実施形態のように回転部材潤滑剤と接触する面５ｒ、および固定部材の潤滑剤と接触する面５ｓに、撥油部と親油部からなる表面を交互に有する面４ｒ，４ｓを設けることにより衝撃印加時の液膜の伸びを抑制し、液膜を初期界面位置まで戻りやすくする効果を得る。
【００５０】
撥油部および親油部の形成は撥油膜および親油膜の形成に限られず壁面の表面粗さを制御することでも実現できる。この場合、表面粗さを粗くすることで親油性を高め、表面粗さを極力小さくすることで、撥油性を高めることが可能となる。
【００５１】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の撥油部と親油部の形成は、放電加工などで形状をパターニングすることでも実現可能である。これは放電加工を施すことで表面粗さが増大し、未加工面よりも濡れ性が増大するからである。またパターニングした加工面全面に撥油剤を塗布することによっても加工を施した表面と未加工の表面の濡れ性を制御することは可能である。
また、本実施の形態は部材表面に撥油膜，親油膜を設けることで構成されることが望ましいが、部材表面の粗さなどを相対的に変えることによっても同様の効果を得ることが出来る。
【００５２】
親油部及び撥油部を実現するための具体的手段としては、シール部を構成する部材表面に撥油剤を塗布する方法、化学的な表面処理を施す方法、放電加工などで機械的に表面粗さを変化させる方法、および旋盤加工時の刃先の送り速度、切込み量を変える方法などが挙げられるが、親油性及び撥油性を実現する手段を限定するものではない。
【００５３】
加工面の粗さと潤滑剤の濡れ性は概略以下のようになる。例えば放電加工を施して表面粗さを変えた金属表面上に一定量の潤滑剤を滴下して、ぬれ広がる半径を比較した場合、Rmax＝3.2の加工面では滴下液滴の形状は略円形に拡大するが、Rmax=25以上の加工面では、滴下液滴の輪郭は円形をとどめず、表面の凹凸内にぬれ拡がる。また、フライス加工Rmax＝3.2の加工面では液滴は加工目に沿って略楕円形状に拡大する。このように表面エネルギーが低くぬれやすい金属表面をさらにぬれやすくするためには、上述のように金属表面の粗さを変える加工が有効である。また、撥油剤を塗布する以外の方法で撥油しやすくするためには、表面の加工粗さを可能な限り小さくすることが必要になる。
【００５４】
撥油剤を塗布する場合、概略以下のような方法で行うことが望ましい。市販されている撥油剤の場合、目的表面に塗布、乾燥後、所定の温度で硬化させることにより、目的の撥油性を実現することができる。テーパシール部の表面に撥油膜を形成する方法としては、削って粗くした表面に撥油剤を選択的に塗布する方法、塗布パターンのマスクを作成して所定の厚さに塗布する方法などが挙げられる。いずれの場合も撥油剤の余剰部分は機械的、あるいは化学的に除去して撥油領域と親油領域の境界を明確にすることが望ましい。
【００５５】
本実施例において、一般的な撥油剤としてフッ素系あるいはシリコン系樹脂を、潤滑剤としては鉱油およびエステル系オイルを想定しているが、撥油性，親油性は潤滑剤とシール部接触面の表面エネルギーによって規定されるものであり、潤滑剤および撥油剤の種類を限定するものではない。
【００５６】
次に本実施例の効果を流体解析によって確認した結果について示す。潤滑剤と空気の気液二相流の流体解析を行うために、スピンドルモータの流体動圧軸受のシール部分１６の一部を模擬した３次元形状の流体解析用のメッシュを作成し、気液二相流解析を実施した。落下による衝撃を模擬するために図３（ｂ）に示すような正弦半波形状の衝撃波形を解析的に印加して潤滑剤と空気の気液界面の変化を予測した。解析条件として撥油面は壁面と潤滑剤との接触角を６０゜として、親油面は壁面と潤滑剤の接触角を１０゜として模擬する。衝撃波は運動している物体が、停止している物体に衝突して減速される時に発生し、その波形は時間と加速度の関数で表される。落下などによる衝撃は、比較的短い衝撃作用時間Ｄで加速度の変化が起きることが知られている。本実施例の解析では、衝撃作用時間Ｄを１．２５E−３(ｓ)として加速度を入力した。
【００５７】
また、実際の磁気ディスク装置においては、衝撃作用時間と加速度を制御した落下衝撃試験を実施し、落下衝撃等に対する耐性を確認している。
【００５８】
図３は回転部材および固定部材の潤滑剤と接触する面を全て親油面、すなわち潤滑剤と部材表面の接触角を１０゜として複数の加速度印加条件で流体解析を行った結果である。図３の横軸は加速度の大きさ（G）を示し、縦軸は回転部材側に沿って伸びる液膜の最大の伸び量を示したものである。図より、加速度の値が大きくなるにしたがって、液膜の最大の伸び量も大となる傾向があることが分かる。すなわち、シール面に撥油面などの処理が施されていない軸受装置では、衝撃が多くなるに従い、潤滑剤の漏洩が進むことが予測される。この結果は落下衝撃試験結果と定性的に一致している。
【００５９】
次に図２（ａ），（ｃ），（ｄ）に示した撥油材の塗布パターンを変えた場合の流体解析結果について説明する。衝撃作用時間Ｄを１．２５E−３(ｓ)の正弦半波で１０００Ｇ（約９８００ｍ/ｓ２）の衝撃を解析的に印加した場合の液膜の時間に対する変位傾向を図４で比較する。
【００６０】
ここで、図４（b）は印加した衝撃により物体にかかる加速度の時間変化を示す図であり、横軸は時間、縦軸は加速度を示している。
【００６１】
図４（a）の横軸は時間を示し、縦軸は初期の界面位置での液膜の伸び割合を１として、撥油剤の形成パターンの違いによる液膜の変位割合を示したものである。図中のＬａ，Ｌｃ，Ｌｄは，それぞれ図２(a)、図２(c)、図２(d)に示した撥油材の塗布パターンを変えた場合の結果の一例を示し、Ｌ０は潤滑剤と接触する面を全て親油面（接触角１０゜）とした場合の結果の一例である。
【００６２】
図より、Ｌ０は衝撃波形が０に戻ったあとも液膜の変位割合は増加したまま減少しない傾向を示している。このように液膜が伸長したまま回転部材表面に保持され、さらに膜厚が臨界撥水厚さよりも小さくなると、液膜は分裂することが予測され、新たな衝撃が印加された場合にはシール外へ飛散することになる。
【００６３】
一方Ｌａ，Ｌｃ，Ｌｄの液膜の変位割合は総じてＬ０より小さい値をとり、衝撃波形の加速度が０に戻る付近で最大値を取り、時間経過とともに初期の界面位置での液膜の伸び割合１に漸近していく傾向がある。液膜の伸びの抑制は、Ｌ０における液膜の最大の伸び量に対してそれぞれ、Ｌａでは約23％、Ｌｃでは約13％、Ｌｄでは約72％の改善が見られた。また初期界面位置までの戻り易さは、Ｌ０における液膜の最大の伸び量に対してそれぞれ、Ｌａでは約77％、Ｌｃでは約76％、Ｌｄでは100％に近い改善が見られた。以上の結果から、液膜の伸びを抑制し、液膜が初期界面位置まで戻りやすいのはＬｄであることがわかる。
【００６４】
図２（ｄ）に示したようなパターンのシール部に衝撃により液膜が伸長した場合は、液膜は以下のような挙動を示すと考えられる。まず、液膜は親油部面に厚みをもった液膜として伸び拡がるが、撥油部において伸び広がる速度が減速されるため、液膜が伸びにくく、戻り易くなるものである。
【００６５】
また、図２（a）,（ｂ），（ｃ）に示したようなパターンのシール部に衝撃により液膜が伸長した場合は、液膜は以下のような挙動を示すと考えられる。液膜の伸長方向に親油部と撥油部が形成されているために液膜の先端は親油面では長く、撥油面では親油面の先端よりも短くなるようなくし歯状の形状となる。このようなぬれやすさが違う表面上の液膜は膜厚のバランスを保持する力が駆動力となり、伸びにくく、戻り易くなるものである。このように、Ｌａ、Ｌｃにおいても伸びた液膜から潤滑剤が分断され、液滴が飛散することを抑制する効果が得られる。
【００６６】
これらの結果により、本実施例の有効性を説明することが出来る。すなわち、本実施の形態では、軸受装置に衝撃が印加された場合において、固定部又は回転部の壁面における潤滑剤の伸びを抑制可能となるとともに、初期界面位置まで戻りやすくする効果が達成可能となる。
【００６７】
また、図１に示した軸受装置のシール部の界面は、潤滑剤が上部に空気が下部に存在するように形成されているが、界面の形成状態を限定するものではなく、例えば上部に空気がある界面形状であっても同様の効果を得ることが出来る。
【実施例２】
【００６８】
本発明に係わる軸受装置の他の実施例を図５を用いて説明する。図５は磁気ディスク装置の全体の構成を示す斜視図である。簡単のため、保護カバーなどの構成部品は省略して示してある。磁気ディスク装置は、磁性体を塗布した磁気ディスク１４をスピンドルモータ１０に取り付け高速で回転させ、ディスク表面にデータを記録するデータ記録装置である。データの記録・再生はアーム１２の先端に取り付けられた磁気ヘッド１５によって行われ、高速で回転するディスク上での磁気ヘッドの位置決めは、ＶＣＭ（ボイスコイルモータ）などの駆動装置１３により行われる。
【００６９】
スピンドルモータ１０には静粛性、磁気ヘッドの高精度の位置決めを実現するため、一般的に流体動圧軸受が備えられている。本実施例は図１に示したシール部を有する軸受装置をスピンドルモータ１０に搭載したものである。
【００７０】
軸受装置のシール部に撥油部と親油部を交互に備えた構造の軸受装置を磁気ディスク装置に用いれば、衝撃が印加された場合にも、軸受シール部からの潤滑剤の飛散を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の流体動圧軸受装置のシール領域を模式的に示す縦断面図。
【図２】（ａ）回転部材側の撥油部のパターンの一例を示す部分斜視図、（ｂ）回転部材側の撥油部のパターンの一例を示す部分斜視図、（ｃ）回転部材側の撥油部のパターンの一例を示す部分斜視図、（ｄ）回転部材側の撥油部のパターンの一例を示す部分斜視図。
【図３】（ａ）加速度と回転部材側の液膜の伸びの流体解析結果の一例を示す図、（ｂ）加速度の入力波形を示す図。
【図４】（ａ）撥油部のパターンを変えた流体解析結果の一例を示す図、（ｂ）加速度の入力波形を示す図。
【図５】磁気ディスク装置の全体の構造例を示す斜視図。
【図６】スピンドルモータの構造例を示す断面図。
【符号の説明】
【００７２】
１…固定部材、２…回転部材、３…潤滑剤、４ｒ…回転部材側撥油部と親油部からなる表面を交互に有する面、４ｓ…固定部材側撥油部と親油部からなる表面を交互に有する面、５ｒ…回転部材側潤滑剤接触面、５ｓ…固定部材側潤滑剤接触面、６…気液界面、７…回転部材に沿って伸びた液膜、８…撥油部、９…親油部、１０…スピンドルモータ、１１…ベース、１２…アーム、１３…駆動装置、１４…磁気ディスク、１５…磁気ヘッド、１６…シール領域、１７…スラスト動圧軸受部、１８…ラジアル軸受部、１９…軸、２０…ハブ、Ｄ…衝撃作用時間、Ｐ…撥油部の幅、Ｗ…親油部の幅、Lａ…図２（ａ）の撥油部のパターンで流体解析を行った結果の一例、Lｃ…図２（ｃ）の撥油部のパターンで流体解析を行った結果の一例、Lｄ…図２（ｄ）の撥油部のパターンで流体解析を行った結果の一例、L０…潤滑剤と接触する面を全て親油面とした場合の結果の一例。
【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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