CN103486131A - 流体动态轴承组件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种流体动态轴承组件及其制造方法。所述流体动态轴承组件包括：在固定构件和旋转构件之间形成的油封部件；以及在固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成的含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层。在所述固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成有含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层，从而可以防止由于固定构件和旋转构件之间的摩擦而导致的固定构件和旋转构件磨损。

Description

流体动态轴承组件及其制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月12日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2012-0062897的优先权，该申请的内容引入本申请中以作参考。

技术领域

本发明涉及一种能够防止由于固定构件和旋转构件之间的摩擦而导致固定构件和旋转构件磨损的流体动态轴承组件，以及该流体动态轴承组件的制造方法。

技术背景

硬盘驱动器（HDD）是一种信息存储设备，使用读/写磁头读出储存在磁盘上的数据或向磁盘中写入数据。

所述硬盘驱动器需要能够驱动磁盘的磁盘驱动设备。在所述磁盘驱动设备中，使用小型的主轴马达（spindle motor）。

所述小型的主轴马达使用流体动态轴承组件。润滑流体置于轴（所述流体动态轴承组件的旋转构件）和套管（所述流体动态轴承组件的固定构件）之间，以致所述轴被所述润滑流体中产生的流体压力支撑。

另外，在包括流体动态轴承组件的主轴马达中，利用流体的表面张力和毛细管现象配置了流体密封部件（fluid sealing part）。在流体密封部件中，稳定性是一个重要的因素。

然而，由于马达的持续驱动造成的固定构件和旋转构件之间的摩擦可能会造成马达驱动变弱或停止，以致马达的驱动稳定性变差。

因此，急需研究减小由马达的驱动引起的旋转构件和固定构件之间的摩擦和防止旋转构件和固定构件的磨损来提高马达稳定性的技术。

根据现有技术的动态轴承装置，开始着手尝试在轴承的轴和转子的套管表面上形成碳保护膜来减小轴承承担的磨损。然而，形成碳保护膜需要花费很长时间，以致达不到上述满意的效果。（专利文献1）日本专利公开特许公报No.1999-062947。

发明内容

本发明一方面提供一种能够防止由于固定构件和旋转构件之间的摩擦而导致固定构件和旋转构件磨损的流体动态轴承组件，以及该流体动态轴承组件的制造方法。

根据本发明的一方面，提供一种流体动态轴承组件，该流体动态轴承组件包括：在固定构件和旋转构件之间形成的油封部件（oil sealing part），在固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成的含类金刚石碳（diamond-like-carbon）的硅（Si-DLC）或碳化钨（W-Carbide）的涂层。

所述涂层可以具有0.5-5μm的厚度。

在含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层中，硅（Si）层和类金刚石碳（DLC）层可以在固定构件和旋转构件的至少一个表面上相继形成。

所述固定构件可以选自由套管和盖组成的组中的至少一种。

所述旋转构件可以选自由轴、推力板（thrust plate）和轮毂组成的组中的至少一种。

根据本发明的另一方面，提供一种流体动态轴承组件的制造方法，该方法包括：制备包括油封部件形成于其间的固定构件和旋转构件；在固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层；用润滑油填充油封部件，以便在所述油封部件中形成液-汽界面。

所述涂层可以具有0.5-5μm的厚度。

在含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层的形成过程中，硅（Si）层和类金刚石碳（DLC）层可以在固定构件和旋转构件的至少一个表面上相继形成。

所述涂层的形成可以通过化学气相沉积（CVD）法或物理气相沉积（PVD）法进行。

所述涂层的形成可以通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法进行。

附图说明

从以下结合附图的详细描述将更清晰地理解本发明的上述方面和其他方面、特征和其他优点，其中：

图1示意性的表示根据本发明第一实施方式的包括流体动态轴承组件的马达的剖视图；

图2示意性的表示根据本发明第二实施方式的包括流体动态轴承组件的马达的剖视图；以及

图3示意性的表示根据本发明第三实施方式的包括流体动态轴承组件的马达的剖视图。

具体实施方式

本发明的实施方式可以以很多不同的形式修改，本发明的范围不应该限于此处列出的实施方式。更恰当的说，提供这些实施方式是为了将本发明彻底和完全公开，向本领域技术人员充分地表达本发明的理念。在附图中，为了清楚，形状和尺寸可能被夸大了，并且相同的参考数字将贯穿本文用于表示相同的或相似的零件。

下面将根据附图详细描述本发明的实施方式。

图1示意性的表示根据本发明第一实施方式的包括流体动态轴承组件的马达的剖视图；

参见图1，根据本发明第一实施方式的流体动态轴承组件可以包括形成在固定构件12和14以及旋转构件11、13和22之间的油封部件16；以及在固定构件12和14以及旋转构件11、13和22的至少一个表面上形成的含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17。

以下将详细描述上述结构。

所述固定构件可以包括套管12和盖14，所述旋转构件可以包括轴11、推力板13和轮毂22。

所述油封部件16可以在固定构件12和14以及旋转构件11、13和22之间形成，特别地，在套管12、推力板13和盖14之间形成。

所述盖14可以为压装（press-fitted）到所述推力板13的上部从而允许将润滑油19密封在所述盖14和所述推力板13之间的构件，并且所述盖14包括形成在所述盖14的外直径方向的圆周槽，以便所述盖14被压装到所述推力板13和所述套管12上。

所述盖14可以包括形成在所述盖14下表面的凸出部件（protrusion part）以密封所述润滑油19，所述凸出部件利用所述润滑油的毛细管现象和表面张力以防止所述润滑油19在马达驱动时泄露到外面。

根据本发明的实施方式的流体动态轴承组件10可以包括在固定构件12和14以及旋转构件11、13和22的至少一个表面上形成的含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17。

在含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层17中，硅（Si）层和类金刚石碳（DLC）层可以在固定构件12和14以及旋转构件11、13和22的至少一个表面上相继形成。

另外，在固定构件12和14以及旋转构件11、13和22的至少一个表面上形成的涂层17可以包括碳化钨。

根据本发明的实施方式，所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17在固定构件12和14以及旋转构件11、13和22的至少一个表面上形成，从而可以减小由于马达的持续驱动造成的所述固定构件12和14以及所述旋转构件11、13和22之间的摩擦。

除了可以减小所述固定构件12和14以及所述旋转构件11、13和22之间的摩擦外，还可以防止所述固定构件12和14以及所述旋转构件11、13和22的磨损，因此可以提高马达的驱动稳定性。

在固定构件12和14以及旋转构件11、13和22的至少一个表面上形成含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17的方法不受特别限制，例如，可以通过沉积步骤形成所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17。

特别地，可以通过化学气相沉积（CVD）法或物理气相沉积（PVD）法形成所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17。

在通过物理气相沉积（PVD）法形成所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17的情况下，基础材料和涂层之间的粘附性可以得到改善，所以，可以减小摩擦系数，因此可以降低磨损。

在化学气相沉积（CVD）法中，可以使用多种气体作为原料以及可以缩短沉积时间以增加加工效率。因此，化学气相沉积（CVD）法可以有利于涂覆含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨。

所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17可以通过上述沉积方法以薄膜形式形成。

同时，所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17还可以通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法形成。

根据本发明的实施方式，通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法形成所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17，这样可以缩短涂覆时间，从而提高加工效率。

另外，可以使用多种气体作为原料，这样根据使用气体的类型可以制成各种性能的涂层。

含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17的厚度不受特别限制，但是可以是，例如0.5-5μm。

含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17以具有0.5-5μm厚度的薄膜的形式形成，以致可以减小所述固定构件12和14以及所述旋转构件11、13和22之间的摩擦，并且可以防止所述固定构件12和14以及所述旋转构件11、13和22的磨损，从而可以提高马达的驱动稳定性。

在含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17的厚度小于0.5μm的情况下，所述涂层17的厚度可能过薄，以致所述涂层的磨损性能可能变差。

在含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层17的厚度大于5μm时，所述涂层17的厚度可能过厚，以致所述马达的驱动可能很困难。

同时，根据本发明实施方式的流体动态轴承组件10可以包括：轴11，套管12，推力板13，盖14以及油封部件16。

所述套管12可以支撑所述轴11以使所述轴11的上端在轴向向上突出，并且所述套管12可以通过锻造铜（Cu）或铝（Al）或烧结铜-铁（Cu-Fe）基合金粉末或SUS基粉末形成。

在这种结构中，所述轴11可以插入所述套管12的轴孔内，使得所述轴11与套管12之间具有微间隙。用润滑流体填充所述微间隙，并且通过形成在所述轴11的外表面和所述套管12的内表面中的至少一个中的径向动压力槽（radial dynamic pressure groove）（没有显示）的支撑，转子20可以流畅的旋转。

所述径向动压力槽可以形成在所述套管12的内表面（所述套管12的轴孔的内部部分），并且可以产生压力，以致所述轴11在旋转时偏向一侧。

然而，所述径向动压力槽并不限于如上所述的形成在所述套管12的内表面，它也可以形成在所述轴11的外表面。另外，所述径向动压力槽的数目没有限制。

这里，所述套管12可以包括连接到所述套管12下部的盖板15，在所述套管12和盖板15二者之间具有接收其中的所述润滑流体的间隙。

所述盖板15可以接收在所述盖板15和所述套管12之间的间隙中的所述润滑流体，来充当支撑所述轴11的下表面的轴承。

所述推力板13可以轴向设置在所述套管120的上部，并且包括与所述轴11的横截面相对应的在所述推力板13中心的孔，这样所述轴11可以插入该孔中。

这里，所述推力板13可以单独制造，然后连接到轴11上，或者可以在制造所述轴11时与所述轴11一体形成，并在所述轴11旋转时与所述轴11一起旋转。

另外，所述推力板13可以包括形成在所述推力板13上表面的推力动压槽（thrust dynamic pressure groove），其中，所述推力动压槽向所述轴11提供推力动压力（thrust dynamic pressure）。

所述推力动压槽并不限于如上所述的形成在所述推力板13的上表面，它也可以形成在对应于所述推力板13的下表面的所述套管12的上表面上。

定子30可以包括线圈32、芯体33和基座构件31（base member）。

换句话说，所述定子30可以为固定结构，所述固定结构包括在通电时产生具有预定大小的电磁力的所述线圈32，以及具有所述线圈32缠绕在其周围的多个芯体33。

所述芯体33固定的设置在基座构件31的上部，在所述基座构件31之上提供具有电路模式印刷其上的印刷电路板（没有显示），具有预定尺寸的多个线圈孔可以贯穿与所述线圈32相对应的基座构件31的上表面，以便向下暴露线圈32，所述线圈32可以电连接所述印刷电路板（没有显示）以提供外电源。

所述转子20是相对于所述定子30可旋转设置的旋转结构，可以包括转子箱（rotor case）21，在该转子箱21的外围表面上具有环孔形状的磁体23，其中，所述环孔形状的磁体23对应于所述芯体33，二者之间具有预定的间隔。

另外，所述磁体23可以是通过在圆周方向交替磁化磁体的N极和S极产生具有预定强度的磁力的永久磁体。

这里，所述转子箱21可以包括压装到所述轴11的上端从而固定其上的轮毂基底（hub base）22，并且磁体支撑部分24从轮毂基底22外径方向延伸出来，并且在轴向向下弯曲从而支撑所述磁体23。

图2示意性的表示根据本发明第二实施方式的包括流体动态轴承组件的马达的剖视图。

图3示意性的表示根据本发明第三实施方式的包括流体动态轴承组件的马达的剖视图。

根据本发明第二和第三实施方式的包括流体动态轴承组件的马达100和200如图2和图3所示。

根据本发明第二或第三实施方式的流体动态轴承组件100或200可以包括形成在固定构件120或220和140或240以及旋转构件110或210和130或230之间的油封部件160或260；以及在所述固定构件120或220和140或240以及旋转构件110或210和130或230的至少一个表面上形成的含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层170或270。

所述流体动态轴承组件100或200除了上述描述的特征外，其他特征与本发明第一实施方式的流体动态轴承组件10的特征相同，因此，不再进行赘述。

同时，根据本发明实施方式的包括流体动态轴承组件10的制造方法可以包括：制备包括油封部件形成于其间的固定构件和旋转构件；在固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层；用润滑油填充所述油封部件以便在所述油封部件中形成液-汽界面。

所述涂层可以具有0.5-5μm的厚度。

所述涂层的形成可以通过化学气相沉积（CVD）法或物理气相沉积（PVD）法进行。

在含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层的形成过程中，硅层（Si）和类金刚石碳（DLC）层可以在固定构件和旋转构件的至少一个表面上相继形成。

另外，所述涂层的形成可以通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法进行。

根据本发明实施方式的流体动态轴承组件10的制造方法除上述特征外与常规的流体动态轴承组件的制造方法相同。

在下文中，将根据本发明另一实施方式详细描述流体动态轴承组件10的制造方法的特征，但是，与上述描述的和常规的流体动态轴承制造步骤重复的特征的描述将省略。

根据本发明实施方式的流体动态轴承组件10的制造方法，可以首先制备包括油封部件形成于其间的固定构件和旋转构件。

所述固定构件和旋转构件不受特别限制，例如，可以是上述的固定构件和旋转构件。

然后，在固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层；接下来用润滑油填充所述油封部件以便在所述油封部件中形成液-汽界面。

具体地，在固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层的情况下，所述硅（Si）层和所述类金刚石碳（DLC）层可以相继形成。

更具体地，在固定构件和旋转构件的至少一个表面上可以进行空气洗涤步骤。

接下来，将类金刚石碳（DLC）通过（via）硅（Si）涂覆在固定构件和旋转构件的至少一个表面上，以致所述硅（Si）层和所述类金刚石碳（DLC）层可以相继形成。

所述涂层的形成可以，尤其是通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法形成。

在所述涂层通过上述等离子体增强化学气相沉积（PECVD）法形成的情况下，与根据现有技术的方法相比，减少了加工时间，因此，可以提高加工效率。

更具体地，在根据现有技术的涂覆方法形成所述涂层的情况下，空气洗涤步骤以及铬和类金刚石碳（DLC）沉积步骤所需的平均时间为240分钟，而另一方面，根据本发明实施方式，空气洗涤步骤以及硅和类金刚石碳（DLC）沉积步骤所需的平均时间可以为60分钟。

也就是，在根据所述实施方式形成所述涂层的情况下，加工时间可以减少到对应根据现有技术加工时间的1/4倍，因此，可以提高加工效率。

在下面表1中，在根据本发明实施例使用含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层的情况下，以及根据对比例使用常规的类金刚石碳（DLC）涂层的情况下，将涂覆材料、化学键以及涂覆时间进行了对比。

表1

在下面表2中，相互比较了流体动态轴承组件中使用的含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层和碳化钨涂层的涂层厚度、薄膜硬度以及摩擦系数。

表2

	含类金刚石碳的硅涂层	碳化钨涂层
			涂层厚度(μm)	1.5	2-4
薄膜硬度(GPa)	29.1	28.9
			摩擦系数	0.2	0.15

从表2可以看出，在将含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层或碳化钨涂层应用到固定构件或旋转构件的情况下，表面硬度增加了，同时摩擦系数降低了，因此防止了由于所述固定构件和所述旋转构件之间的摩擦而造成的所述固定构件和所述旋转构件的磨损。

如上所述，根据本发明的实施方式，在所述固定构件和所述旋转构件的至少一个表面上形成有所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）或碳化钨的涂层，因此可以防止由于所述固定构件和所述旋转构件之间的摩擦而造成的所述固定构件和所述旋转构件的磨损。

另外，形成所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层，与使用常规的类金刚石碳（DLC）涂层的情况相比，缩短了加工时间，从而提高了产率。

进一步，在所述固定构件和所述旋转构件的至少一个表面上形成所述含类金刚石碳的硅（Si-DLC）涂层，因此增加了构件的表面硬度，同时减小了构件的摩擦系数，从而可以防止所述固定构件和所述旋转构件之间接触部分的损害，因此马达可以持续使用。

尽管已经结合实施方式显示和描述了本发明，但对于本领域技术人员来说在没有偏离附随的权利要求书定义的本发明的精神和范围而做出的修改和变型将是显而易见的。

Claims (10)

1.一种流体动态轴承组件，所述流体动态轴承组件包括：

在固定构件和旋转构件之间形成的油封部件；以及

在固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成的含类金刚石碳的硅或碳化钨的涂层。

2.根据权利要求1所述的流体动态轴承组件，其中，所述涂层具有0.5-5μm的厚度。

3.根据权利要求1所述的流体动态轴承组件，其中，在含类金刚石碳的硅的涂层中，硅层和类金刚石碳层在固定构件和旋转构件的至少一个表面上相继形成。

4.根据权利要求1所述的流体动态轴承组件，其中，所述固定构件选自由套管和盖组成的组中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的流体动态轴承组件，其中，所述旋转构件选自由轴、推力板和轮毂组成的组中的至少一种。

6.一种流体动态轴承组件的制造方法，该制造方法包括：

制备包括油封部件形成于其间的固定构件和旋转构件；

在固定构件和旋转构件的至少一个表面上形成含类金刚石碳的硅或碳化钨的涂层；

用润滑油填充油封部件，以便在所述油封部件中形成液-汽界面。

7.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述涂层具有0.5-5μm的厚度。

8.根据权利要求6所述的制造方法，其中，在含类金刚石碳的硅涂层的形成过程中，硅层和类金刚石碳层在固定构件和旋转构件的至少一个表面上相继形成。

9.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述涂层的形成通过化学气相沉积法或物理气相沉积法进行。

10.根据权利要求6所述的制造方法，其中，所述涂层的形成通过等离子体增强化学气相沉积法进行。

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