JP2004211851A - 撥油膜を形成した動圧軸受装置およびこれを搭載したハードディスクドライブ用のスピンドルモータ - Google Patents

Abstract

【課題】撥油剤の塗布状態を容易に目視検査することができ、従来の製造工程に負担をかけることなく、撥油膜によるヌレ拡散等の防止機能を維持し、アウトガス発生量を低減させた高信頼性の動圧軸受装置およびこれを搭載したハードディスクドライブ用のスピンドルモータを提供する。
【解決手段】ＵＶ発色剤成分、フッ素ポリマーおよび溶剤からなる撥油剤において、撥油剤中のＵＶ発色剤成分の濃度を１５０ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下に調整し、かつフッ素ポリマーの濃度を０．２質量％以上０．５質量％以下に調整した。撥油剤を塗布した後、室温で乾燥させ、目視検査を経て温度９０℃以上１５０℃以下の環境下でおよそ１時間放置することで撥油膜を定着、形成させたスリーブ、シャフトを動圧軸受装置に組み込む。またその動圧軸受装置をハードディスクドライブ用のスピンドルモータに搭載する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクドライブ用のスピンドルモータに搭載される動圧軸受装置において、スリーブ内径とシャフト外径との間に充填した動圧油の毛細管現象によるヌレ拡散、軸受装置の回転起動時や停止時、または軸受装置に衝撃や加速度が印加された際の動圧油の飛散、軸受装置の温度が上昇した際の動圧油のあふれを防止するための撥油膜を形成し、かつアウトガスの発生を低減した動圧軸受装置、およびこれを搭載したハードディスクドライブ用のスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハードディスクドライブ用のスピンドルモータに搭載される動圧軸受装置は、スリーブ内径とシャフト外径との間に動圧油を充填し、動圧効果を最大限得るために、動圧油の毛細管現象によるヌレ拡散等を防止する機能と、微小な部位に正確に撥油剤を塗布して撥油膜を形成することを要求されている。
【０００３】
最近では動圧軸受装置が搭載されたスピンドルモータを搭載したハードディスクドライブが家庭用電気製品に採用され始め、例えば、数百時間に相当する動画映像をデジタル録画、保存可能なＰＶＲ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｖｉｄｅｏ Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）に搭載されている。一般消費者がＰＶＲに求める娯楽性と利便性は、ハードディスクドライブの静粛性と信頼性にそれぞれ支えられている。さらにハードディスクドライブのより大きな記憶容量は、記憶面密度の技術進歩によって支えられているが、これら静粛性、信頼性および技術進歩は、スピンドルモータに搭載される動圧軸受装置に、継続してより高い品質を要求している。
【０００４】
図１に動圧軸受装置が搭載された代表的なハードディスクドライブ用のスピンドルモータの断面図を示す。磁気ディスクを支承して回転するハブ３はシャフト２に支承され、スリーブ１の外径面はフランジ（ベースプレート）４の内径で支承されている。
図３にスリーブ１の内径とシャフト２の外径との間に、動圧油５を充填した動圧軸受装置の断面図を示す。なお、図３は充填された動圧油５および撥油膜の形成部位を示すために、図１を拡大したものである。動圧油５の毛細管現象によるヌレ拡散等を防止するために、動圧油５と大気が接する界面の大気側において、スリーブ１の端面部位６およびシャフト２の外径部位７に撥油膜が形成されている。撥油膜は、液状の撥油剤を塗布し、乾燥と焼付け工程を経て定着、形成させる。一般的にその膜厚は数μｍ（マイクロメートル）である。
【０００５】
前記撥油剤は一般的にフッ素系の樹脂からなり、無色・透明であるため、撥油剤の塗布状態や撥油膜の形成状態を目視検査することが困難であり、撥油膜の形成品質が低下し、動圧軸受装置からの動圧油のヌレ拡散等を防止することができず、したがって、動圧軸受装置の品質とスピンドルモータの信頼性を、維持し高めることができなかった。そこで、この問題を解決するために、撥油剤に発色剤成分を添加して、撥油剤の塗布状態や撥油膜の形成状態の目視検査を容易にすることを可能にしたものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００１−２７２４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記発色剤成分を添加した撥油剤およびその撥油膜は、目視検査を容易にし、確実な撥油剤の塗布によって撥油膜の形成品質を向上させた一方で、発色剤成分を添加した撥油膜からのアウトガス発生量は、発色剤成分を添加していない撥油膜からのアウトガスの発生量と比較して、格段に多いという問題を抱えていた。アウトガスが従来よりも多く発生する場合は、たとえ規定値以内であっても、ハードディスクドライブの信頼性に大きく影響をおよぼし、また、磁気ディスクおよび磁気ヘッドの記憶面密度の技術進歩を妨げる要因となる。そのため、スリーブおよびシャフトへの撥油剤の塗布状態を容易に目視検査することができ、従来の製造工程に負担をかけることなく、アウトガス発生量を低減させた動圧軸受装置を量産することが課題であった。
【０００７】
そこで本発明は、動圧軸受装置を構成する部品は、撥油剤の塗布状態を容易に目視検査することができ、従来の製造工程に負担をかけることなく、撥油膜を焼付け、定着させて形成することができるとともに、撥油膜によるヌレ拡散等の防止機能を維持し、アウトガス発生量を低減させた動圧軸受装置およびこれを搭載したハードディスクドライブ用のスピンドルモータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決する手段】
本発明は前記課題を解決するために、スリーブ内径とシャフト外径との間に動圧油を充填し、前記動圧油と大気との界面の大気側において、前記スリーブおよび／または前記シャフトに撥油膜を形成させた動圧軸受装置において、前記スリーブおよび／または前記シャフトは、ＵＶ発色剤成分、フッ素ポリマーおよび溶剤からなる撥油剤を塗布し、室温で乾燥させた後、塗布状態の目視検査をおこない、温度９０℃以上１５０℃以下の環境下で一定時間放置し、焼付けることによりＵＶ発色剤成分およびフッ素ポリマーを気化、拡散させて撥油膜を定着、形成させた動圧軸受装置の部品であり、これらの部品によって構成される動圧軸受装置と、この動圧軸受装置を搭載したハードディスクドライブのスピンドルモータであることを特徴とする。
【０００９】
また、前記スリーブおよび／または前記シャフトに塗布する撥油剤中のＵＶ発色剤成分の濃度が１５０ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下であり、かつフッ素ポリマーの濃度が０．２質量％以上０．５質量％以下であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の動圧軸受装置を構成する代表的なスリーブ１およびシャフト２と、それぞれの部位に形成された撥油膜の代表例を図４に示す。
【００１１】
本発明に用いられる撥油剤はＵＶ発色剤成分、フッ素ポリマーおよび溶剤から構成され、図４に示す代表例においてはスリーブ１およびシャフト２のそれぞれ部位６および７に塗布し、室温で乾燥させ、ＵＶ光線（紫外線）照射下にスリーブ１およびシャフト２を置いて、必要部位に塗布された撥油剤の状態を拡大鏡や光学顕微鏡を用いて目視検査する。その後スリーブ１およびシャフト２は温度９０℃以上１５０℃以下の環境下におよそ１時間放置され、撥油剤をスリーブ１およびシャフト２の必要部位表面に焼付けて撥油膜として定着、形成させる。撥油膜が必要部位に形成されたスリーブ１およびシャフト２は動圧軸受装置として組み立てられ、動圧軸受装置の状態ないしは動圧軸受装置をスピンドルモータとして組み込む途中工程のハブ３を組み込む前に、スリーブ１内径とシャフト２外径との間に動圧油５が室温にて注入、充填される。
【００１２】
本発明の撥油剤は、あらかじめクマリン系ＵＶ発色剤成分を含有させて、必要部位に塗布し、室温で乾燥させた後、ＵＶ光線（紫外線）を照射した際に、例えば紫色ないしは青色の可視光線を発色させて、発色剤の塗布状態を容易に目視検査することができる。また含有有機顔料として、クマリン系化合物、アントラキノン系化合物、キナクリドン系、フタロシアニン系、アジレーキ系などを用い、染料として、アントラキノン系、アゾ系化合物などを用いる。
【００１３】
本発明では、撥油剤塗布状態をＵＶ光線（紫外線）によって可視発色させ目視検査し、その後温度９０℃以上１５０℃以下の環境下におよそ１時間放置することで、ＵＶ発色剤成分およびフッ素ポリマーを気化、拡散させることで、撥油膜において、それらの残留濃度を低減させて、撥油膜として定着、形成させることを特徴としている。撥油剤中において、ＵＶ発色剤成分が１５０ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下の濃度であることが重要である。撥油剤の塗布状態を容易に目視検査することができ、その後の焼付けによってＵＶ発色剤成分を気化、拡散させることで残留濃度を低減させて、撥油膜からのアウトガスの発生量を低減させることができるためである。ＵＶ発色剤成分の濃度が１００ｐｐｍ以下の撥油剤を塗布し、室温で乾燥させた後では、目視による発色が認められず、塗布状態の目視検査を容易におこなうことができない。また、ＵＶ発色剤成分の濃度が４００ｐｐｍ以上の撥油剤を塗布し、室温で乾燥させた後、焼付けをおこなって形成された撥油膜は、目視によって発色度合いが確認されるためにＵＶ発色剤成分が残留しており、ＵＶ発色剤成分が１５０ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下の濃度の撥油剤によって形成された撥油膜と比較して、アウトガス発生量が著しく多いことを確認した。
【００１４】
本発明の撥油剤に用いられるフッ素系樹脂としては、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体（ＥＣＴＦＥ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）などが挙げられるが、より低い表面エネルギーを持つ結晶性または非晶質のパーフルオロ樹脂系を用いる。
【００１５】
本発明において、撥油剤中のフッ素ポリマーの濃度は、０．２質量％以上０．５質量％以下であることが重要である。試行を通じてフッ素ポリマー濃度が０．６質量％以上の撥油剤を使用した撥油膜は、焼付けをおこなって形成された撥油膜に残留するＵＶ発色剤成分の濃度が高く、アウトガス発生量は発色剤成分を含有する従来の撥油剤を使用した撥油膜のそれとほぼ同等であることを確認した。
一方、フッ素ポリマーは撥油膜によるヌレ拡散等の防止機能を維持するために必要であり、０．１質量％以下の濃度の撥油剤を使用した撥油膜は、撥油膜としてのヌレ拡散等の防止機能を十分に維持することができない。試行を通じて０．２質量％以上０．５質量％以下の濃度の撥油剤を使用した撥油膜は、撥油膜による十分なヌレ拡散等の防止機能を維持し、かつアウトガスの発生量も、発色剤成分を含有しない撥油剤を使用した撥油膜のそれ以下に低減させ得ることを確認した。
【００１６】
本発明の溶剤としては、フッ素系樹脂が溶解するＰＦＰＥ（パーフルオロフェニルエーテル）、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）などが用いられる。
【００１７】
また、本発明の撥油膜は、温度９０℃以上１５０℃以下の環境下にておよそ１時間放置することで、塗布した撥油剤を焼付けることにより定着させたものである。 一般的に動圧軸受装置の撥油膜形成工程は、撥油剤を必要部位に塗布した後、室温で放置することにより撥油剤を乾燥させ、その後、室温よりも高い温度（９０℃以上１５０℃以下）環境下に一定時間放置して撥油剤を焼付けて定着させることにより密着性の高い撥油膜を形成させているが、従来からの焼付け温度と放置時間を変えることなく、すなわち特殊な焼付け工程と付帯設備を要求することなく、撥油剤中の発色剤成分およびフッ素ポリマーを気化、拡散させて、撥油膜からのアウトガス発生量を効果的に低減でき得ることを確認した。
【００１８】
撥油剤の塗布は、刷毛塗り、スプレーコート、ディツプコート、スピンコート、転写コート、ポッティングコート、など塗布する部材の部位の大きさや形状に応じて適切な塗布方法を選択する。
【００１９】
また、本発明において撥油剤を塗布し、撥油膜を形成させる部位は、図３および図４に示す代表例において、スリーブ１の内径とシャフト２の外径の間に充填した動圧油５と大気との界面の大気側の部位であり、実施例ではスリーブ１の端面部位６とシャフト２の外径部位７であるが、代表的な実施例で示す部位に限定されるものではない。たとえば、スリーブ１の端面部位６に対向するハブ３の面に撥油剤を塗布し、撥油膜を形成させることで、飛散等によって動圧油５がスリーブ１の端面部位６に対向するハブ３の面に付着しても、ヌレ拡散等の防止機能を持たせることができる。
【００２０】
以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００２１】
（試験片の準備）
まず、１インチ四方のＳＵＳ３０４材片を、洗浄液（イソプロパノール−ヘキサン混合液）で洗浄し、１００℃、１時間で乾燥させ、試験片とする。
【００２２】
（実施例１〜３および比較例１〜２の準備）
フッ素樹脂として、パーフルオロポリマーを用い、溶剤として２，３ジヒドロパーフルオロペンタンを用いて、フッ素ポリマー濃度０．５質量％の溶液を作成し、次にＵＶ発色剤成分を２００ｐｐｍ（実施例１）、３００ｐｐｍ（実施例２）、４００ｐｐｍ（実施例３）になるように調整して撥油剤とした。また、比較として、発色剤成分を含有する従来の撥油剤と、発色剤成分を含有しない従来の撥油剤をそれぞれ比較例１、比較例２とした。
【００２３】
発色度合いと目視認知性は以下のようにして観察した。
（焼付け前の発色度合いと目視認知性の観察）
前記試験片各々の片側全面に前記実施例１から実施例３、比較例１および比較例２の撥油剤をそれぞれ塗布した後に室温で乾燥させた。その後、撥油剤を塗布した面にＵＶ光線（紫外線）を照射させながら、発色している部位を顕微鏡によって目視検査した。実際の製造における撥油剤の塗布状態の目視検査は、極めて微小部位の塗布状態を検査するため、実施例１から実施例３、および比較例１についてそれぞれの発色度合いと目視認知性を観察した。発色剤成分を含有しない比較例２の目視検査は、目視検査が困難なため、実際の製造において、抜き取り目視検査方法でもある、発色剤を含有する溶剤を塗布面に吸着させた後、撥油剤の塗布状態を他の４者と同様にして観察、検査した。実施例１、実施例２および実施例３それぞれの発色度合いと目視認知性から、これら３者すべてが、実際の製造において目視検査を容易におこない得ることを確認した。
（焼付け後の発色度合いと目視認知性の観察）
目視検査を終えた実施例１、実施例２、実施例３、比較例１および比較例２の試験片それぞれを、温度１００℃の環境下に１時間放置して撥油剤を焼付け、撥油膜を定着、形成させた後、前記撥油膜にＵＶ光線（紫外線）を照射させながら、発色している部位を顕微鏡によって目視検査し、実施例１、実施例２、実施例３、比較例１および比較例２それぞれの試験片の発色度合いと目視認知性を観察した。観察の結果、実施例１および実施例２それぞれの試験片は、発色が認められず、撥油膜において、ＵＶ発色剤成分の濃度が低減し得ることを確認した。実施例３の試験片は、若干の発色が認められた。比較例１の試験片は、焼付け前とほぼ同等の発色が認められた。発色剤成分を含有しない比較例２の目視検査は、焼付け前と同様に目視検査が困難であった。
【００２４】
アウトガス発生量は以下のようにして測定した。
（焼付け前のアウトガス発生量）
目視検査を終えた実施例１、実施例２、実施例３および比較例１の試験片それぞれを、温度１０５℃、３時間の環境下でＨｅガスを５０ｍｌ／分の条件で試験片から発生するアウトガスを捕集し、試験片の単位重量（１ｍｇ（ミリグラム））あたりの総アウトガス発生量およびフッ素ポリマーのアウトガス発生量（ともにｎｇ（ナノグラム））を取得した。比較例２は目視検査を行っていない試験片、すなわち発色剤を含有する溶剤を塗布面に吸着させていない試験片を用いて測定した。
（焼付け後のアウトガス発生量）
目視検査を終えた実施例１、実施例２、実施例３および比較例１の試験片それぞれを、温度１００℃の環境下に１時間放置して撥油剤を焼付け、撥油膜を定着、形成させた後、同様にしてそれぞれを、温度１０５℃、３時間の環境下でＨｅガスを５０ｍｌ／分の条件で試験片から発生するアウトガスを捕集し、試験片の単位重量あたりの総アウトガス発生量およびフッ素ポリマーのアウトガス発生量を取得した。比較例２は目視検査を行っていない試験片、すなわち発色剤を含有する溶剤を塗布面に吸着させていない試験片を用いて温度１００℃の環境下に１時間放置して撥油剤を焼付け、撥油膜を定着、形成させた後、同様にして測定した。
【００２５】
取得された測定値は、焼付け前のアウトガス発生量およびフッ素ポリマーのアウトガス発生量として実施例１、実施例２、実施例３、比較例１および比較例２ごとにグラフ１に、また焼付け後の総アウトガス発生量およびフッ素ポリマーのアウトガス発生量として実施例１、実施例２、実施例３、比較例１および比較例２ごとにグラフ２に、それぞれ示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
【表２】

【００２８】
撥油剤を塗布して焼付ける前のアウトガス発生量測定の結果、グラフ１からは、フッ素ポリマーの濃度を適切に調整すれば、総アウトガス発生量およびフッ素ポリマーのアウトガス発生量を、発色剤成分を含有する従来の撥油剤よりも効果的に低減でき、また同時に発色剤成分を含有しない従来の撥油剤よりも低減でき得ることを確認した。
撥油剤を塗布して焼付けた後のアウトガス発生量測定の結果、グラフ２からは、２００ｐｐｍ（実施例１）と３００ｐｐｍ（実施例２）に関しては、焼付ける前と同様の傾向と効果を確認できた。 なお、グラフ１（焼付け前）、グラフ２（焼付け後）それぞれのアウトガス発生量の軸目盛最大値は、３５，０００ｎｇ／ｍｇと、３，５００ｎｇ／ｍｇである。
【００２９】
撥油剤を塗布して焼付けた後のアウトガス発生量測定の結果、グラフ２からは、ＵＶ発色剤成分の濃度の４００ｐｐｍ（実施例３）に関しては、焼付けをおこなって形成した撥油膜のアウトガス発生量が減少していることを確認したが、総アウトガス発生量およびフッ素ポリマーのアウトガス発生量はそれぞれ、発色剤成分を含有しない従来の撥油剤（比較例２）を使用した撥油膜の総アウトガス発生量およびフッ素ポリマーのアウトガス発生量とほぼ同量または若干低減された程度であり、今後のより高信頼性の動圧軸受装置を提供するうえでは、適当ではない。
【００３０】
【発明の効果】
ＵＶ発色剤成分、フッ素ポリマーおよび溶剤からなる撥油剤において、撥油剤中のＵＶ発色剤成分の濃度を４００ｐｐｍ以下、とくに１５０ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下に調整し、かつフッ素ポリマーの濃度を０．２質量％以上０．５質量％以下に調整することで、動圧軸受装置を構成する部品は、撥油剤の塗布状態を容易に目視検査することができ、従来の製造工程に負担をかけることなく撥油膜を焼付け、定着させて形成することができるとともに、撥油膜によるヌレ拡散等の防止機能を維持し、従来の撥油剤を使用して撥油膜を形成した動圧軸受装置と比べて、アウトガス発生量を低減させた動圧軸受装置を提供することができる。 また、そのような動圧軸受装置を搭載した高信頼性のハードディスク用のスピンドルモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来ならびに本発明に係る動圧軸受装置を搭載したハードディスク用のスピンドルモータの断面図である。
【図２】図１を拡大した、ハードディスク用のスピンドルモータの断面図である。
【図３】さらに図２を拡大した、ハードディスク用のスピンドルモータの断面図である。
【図４】従来ならびに本発明に係る動圧軸受装置を構成するスリーブとシャフト、ならびにそれぞれに撥油剤を塗布して形成された撥油膜を示した概略図である。
【符号の説明】
（以下、図１から図４まで共通）
１ スリーブ
２ シャフト
３ ハブ
４ フランジ（ベースプレート）
５ 動圧油
６ スリーブ端面に形成された撥油膜
７ シャフトに形成された撥油膜

Claims (3)

1. スリーブ内径とシャフト外径との間に動圧油を充填し、前記動圧油と大気との界面の大気側において、前記スリーブおよび／または前記シャフトに撥油膜を形成させた動圧軸受装置において、前記スリーブおよび／または前記シャフトは、ＵＶ発色剤成分、フッ素ポリマーおよび溶剤からなる撥油剤を塗布し、室温で乾燥させた後、塗布状態の目視検査をおこない、温度９０℃以上１５０℃以下の環境下で撥油剤を焼付けるとともに、ＵＶ発色剤成分およびフッ素ポリマーを気化、拡散させて撥油膜を定着、形成させた動圧軸受装置の部品とし、これらの部品を組み立てて構成することを特徴とする動圧軸受装置。
2. 撥油剤中のＵＶ発色剤成分の濃度が１５０ｐｐｍ以上３００ｐｐｍ以下であり、かつフッ素ポリマーの濃度が０．２質量％以上０．５質量％以下である請求項１に記載する動圧軸受装置。
3. 請求項１又は２に記載する動圧軸受装置を搭載したハードディスクドライブ用のスピンドルモータ。

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