JP2006070986A - 動圧軸受装置用軸部材 - Google Patents
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Abstract
【課題】 より小サイズの軸部材を低コストで製造可能とすると共に、樹脂部分からのイオン溶出を抑えることにより動圧軸受装置の清浄度を保ち、所期の軸受性能を発揮することを可能とする。
【解決手段】 軸部材２を、軸部２ａと軸部２ａから外径側に張り出したフランジ部２ｂを備え、かつ金属材料と樹脂組成物との複合構造を成すものとし、Ｎａ含有量が２０００ｐｐｍ以下のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）をベース樹脂とし、かつＰＡＮ系炭素繊維を充填材とする樹脂組成物で、樹脂部分２１を射出成形した。
【選択図】図６
【解決手段】 軸部材２を、軸部２ａと軸部２ａから外径側に張り出したフランジ部２ｂを備え、かつ金属材料と樹脂組成物との複合構造を成すものとし、Ｎａ含有量が２０００ｐｐｍ以下のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）をベース樹脂とし、かつＰＡＮ系炭素繊維を充填材とする樹脂組成物で、樹脂部分２１を射出成形した。
【選択図】図６
Description
本発明は、動圧軸受装置用の軸部材に関するものである。この軸部材およびこれを用いた動圧軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置等のスピンドルモータ用、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、プロジェクタのカラーホイール、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用として好適である。
動圧軸受は、軸受隙間で生じた流体動圧により軸部材を回転自在に非接触支持する軸受である。この動圧軸受を使用した軸受装置（動圧軸受装置）は、ラジアル軸受部を動圧軸受で構成するとともに、スラスト軸受部をピボット軸受で構成する接触タイプと、ラジアル軸受部およびスラスト軸受部の双方を動圧軸受で構成する非接触タイプとに大別され、個々の用途に応じて適宜使い分けられている。
このうち、非接触タイプの動圧軸受装置の一例として、軸部材を構成する軸部とフランジ部とを金属材料で一体に構成したものが知られており、これによれば軸部材の低コスト化および高精度化が図られる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２９１６４８号公報
これら軸部材をはじめとする動圧軸受装置の各構成部品には、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高い回転性能を確保すべく、高い加工精度や組立て精度が求められる。その一方で、動圧軸受装置に対するコスト低減の要求も益々厳しくなっている。
そこで、本発明は、非接触タイプの動圧軸受装置における軸部材のさらなる高精度化、および低コスト化を図ることを目的とする。
前記目的を達成するため、本発明に係る動圧軸受装置用軸部材は、軸部と、軸部から外径側に張り出したフランジ部を備え、かつ金属材料と樹脂組成物との複合構造を成すものとし、さらに、樹脂組成物を、Ｎａ含有量が２０００ｐｐｍ以下のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）をベース樹脂としたことを特徴とする。
このように，軸部材を金属材料と樹脂組成物とからなる構成にすることで、全てが金属材料で形成された動圧軸受装置用軸部材（以後、軸部材と呼ぶ）を部分的に樹脂組成物で置換した構造となるので、軸部材の軽量化が図られる。従って、この軸部材を動圧軸受装置に使用した場合、軸部材をスラスト方向に非接触支持するために必要な流体の動圧作用が小さくて済む。これにより、スラスト軸受面を形成するフランジ部の端面を小さくすることができ、軸部材の小型化が図られる。また、軸部材のうち樹脂組成物で形成された樹脂部分は、射出成形可能なので、軸部材を全て機械加工により加工する場合に比べて加工コストが低減され、生産性の向上が図られる。
樹脂組成物のベース樹脂には、機械的強度をはじめ、耐油性、耐吸水性、耐熱性等に優れたものが好ましく、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＦ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等が適している。その中でも溶融状態での流動性を考慮するとポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が特に好適である。
ところで、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）は、通常パラジクロロベンゼン（ＰＤＣＢ）と硫化ナトリウムとの重合反応により生成されるが、この際、副生成物としてＮａＣｌ等の塩も生成され、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に混入する。そのため、軸部材の使用時、この樹脂をベース樹脂として形成された樹脂部分から潤滑油にＮａイオンが溶出すると、潤滑油の変性劣化や粘度変化を引き起こし、軸受性能を低下させる恐れがある。そこで本発明では、上記樹脂組成物のベース樹脂に、Ｎａ含有量が２０００ｐｐｍ以下のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を選定した。これによれば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の副生成物であるＮａＣｌ等が減じられ、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に含有されるＮａの量も少なくなる。そのため、潤滑油中へのＮａイオンの溶出量が抑えられ、軸受内部あるいは軸受外部の清浄度が保たれることで、軸受性能の低下が避けられる。ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）のＮａ含有量を上記数値範囲（２０００ｐｐｍ以下）に抑えるには、例えば比誘電率の大きな（少なくとも１０以上の）溶媒を用いて洗浄すればよい。また、酸で洗浄することにより、分子末端基のＮａを取り除くことができるので、Ｎａ含有量をより一層低減することができる。また、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の中でも、最も側鎖の少ないリニア型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が、単位体積当りの分子末端基の数が少なく、Ｎａの含有量が少ない点で好ましい。
動圧軸受装置用の軸部材には、上述の要求特性の他、最近の電子機器の携帯化に伴い、高い強度や耐衝撃特性が要求される。また電子機器の小型化に伴い、ラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間を高精度に管理する観点から高い寸法安定性が要求される。そこで本発明では、ベース樹脂としてのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に、充填材として炭素繊維を配合した。これによれば、軸部材の高強度化が図られると共に、炭素繊維の持つ低熱寸法変化性が発現され、樹脂部分の温度変化に伴う寸法変化が抑えられる。この結果、使用時におけるラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間を高精度に制御することが可能となり、軸受性能が確保される。また、炭素繊維は導電性を有するので、充填材としてベース樹脂に配合することで軸部材に高い導電性を持たせることができる。これにより、使用時に回転部材（例えばディスクハブ等）側に帯電した静電気を軸部材を介して接地側部材に逃がすことができる。
上記要求特性の中でも、軸部材には特に高強度が要求されるため、炭素繊維としては、３０００ＭＰａ以上の引張り強度を有するものが好ましい。また、高強度と共に、高い導電性を兼ね備えたものとして、例えばＰＡＮ系（ポリアクリロニトリル系）の炭素繊維を挙げることができる。
これら炭素繊維をベース樹脂に配合することによる補強効果、寸法安定効果、静電除去効果等は、炭素繊維のアスペクト比を考慮することでより一層顕著に発揮される。すなわち、炭素繊維の繊維長が大きいほど補強効果や静電除去効果が高まり、繊維径が小さいほど耐摩耗性、特に摺動相手材の損傷が抑えられる。これらの観点から、具体的には炭素繊維のアスペクト比を６．５以上にするのが好ましい。
充填材としての炭素繊維のベース樹脂への充填量は１０〜３５ｖｏｌ％とするのが好ましい。これは、例えば充填量が１０ｖｏｌ％未満だと、炭素繊維の充填による補強効果や静電除去効果が充分に発揮されず、また充填量が３５ｖｏｌ％を超えると、軸部材（特に樹脂部分）の成形性を確保することが困難になるためである。
樹脂部分は、金属材料で形成される金属部分をインサート部品としてインサート成形（アウトサート成形も含む）可能であるが、この際には、成形型に射出する溶融樹脂（樹脂組成物）の溶融粘度を考慮する必要がある。特にハードディスク等の記録ディスク駆動装置の小型化に伴い、これら駆動装置に組込まれる動圧軸受装置や軸部材も小型化される。そのため、樹脂組成物には、成形型（キャビティー）内に供給される時点での低い溶融粘度が要求される。これらの観点から、樹脂組成物の溶融粘度は、３１０℃、せん断速度１０００ｓ-1にて５００Ｐａ・ｓ以下であることが望ましい。ここで、３１０℃は、射出成形機の溶融シリンダでの溶融樹脂の温度に該当する。これによれば、キャビティー内の樹脂部分に対応する領域に溶融樹脂を高精度に充填することができ、樹脂部分の成形性が確保される。
このようにして成形した樹脂部分には、少なくともフランジ部が含まれる。また、軸部は、軸部の外周面を有する外軸部と、外軸部の内周に配置される内軸部とで構成し、外軸部を金属材料で、内軸部をフランジ部と一体に樹脂組成物で形成することもできる。あるいは、軸部を金属材料のみで形成することもできる。このように、少なくとも軸部の外周面を含む部分を金属材料で形成することにより、軸部の強度や剛性を確保できる他、軸部材の外周側に配置される金属製の軸受スリーブとの摺動に対する軸部材の耐摩耗性を確保することができる。
上述の軸部材は、この軸部材と、流体の動圧作用で軸部材をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部と、流体の動圧作用で軸部材をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置として提供可能である。この動圧軸受装置は、動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ロータマグネットとの間で磁力を生じるステータコイルとを有するモータとして、上記情報機器用に提供することが好ましく、特にハードディスク（ＨＤＤ）等の磁気ディスク駆動装置用として好適である。
以上のように、本発明によれば、より小サイズの軸部材が低コストで製造できる。また、樹脂部分からのイオン溶出が抑えられることにより動圧軸受装置の清浄度が保たれるので、所期の軸受性能を長期間安定して発揮することが可能となる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る動圧軸受装置１を組込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。この情報機器用スピンドルモータは、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材２を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１と、軸部材２に取り付けられたディスクハブ３と、半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル４およびロータマグネット５と、ケーシング６とを備えている。ステータコイル４はケーシング６の外周に取り付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３の内周に取り付けられている。動圧軸受装置１の一構成要素であるハウジング７はケーシング６の内周に固定される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスク状情報記録媒体Ｄが一又は複数枚保持される。ステータコイル４に通電すると、ステータコイル４とロータマグネット５との間に発生する磁力でロータマグネット５が回転し、それによってディスクハブ３および軸部材２が一体となって回転する。
動圧軸受装置１は、例えば図４に示すように、一端に開口部７ａ、他端に底部７ｃを有するハウジング７と、ハウジング７の内周面７ｄに固定された円筒状の軸受スリーブ８と、軸部２ａおよびフランジ部２ｂからなる軸部材２と、ハウジング７の開口部７ａに固定されたシール部材９とを主要な部材として構成される。なお、説明の便宜上、ハウジング７の開口部７ａ側を上方向、ハウジング７の底部７ｃ側を下方向として以下説明する。
ハウジング７は、例えば真ちゅう等の軟質金属あるいは樹脂で形成され、円筒状の側部７ｂと円板状の底部７ｃとを別体構造として備えている。ハウジング７の内周面７ｄの下端には、他所よりも大径に形成した大径部７ｅが形成され、この大径部７ｅに底部７ｃとなる蓋状部材が例えば加締め、接着、あるいは圧入等の手段で固定されている。なお、ハウジング７の側部７ｂと底部７ｃは、金属材料あるいは樹脂材料で一体に形成することもできる。
軸受スリーブ８は、例えば、焼結金属からなる多孔質体、特に銅を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。軸受スリーブ８の内周面８ａには、図４に示すように、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる上下２つの領域が軸方向に離隔して設けられている。
上記２つの領域には、例えば、図５に示すようなへリングボーン形状の動圧溝８ａ１、８ａ２がそれぞれ形成されている。上側の動圧溝８ａ１は、軸方向中心ｍ（上下の傾斜溝間領域の軸方向中央）に対して軸方向非対称に形成されており、軸方向中心ｍより上側領域の軸方向寸法Ｘ１が下側領域の軸方向寸法Ｘ２よりも大きくなっている。上方のラジアル軸受面の軸方向長さ（動圧溝８ａ１上端から下端までの距離）は、下方のラジアル軸受面の軸方向長さ（動圧溝８ａ２上端から下端までの距離）よりも大きい。
図４に示すように、シール手段としてのシール部材９は環状を成しており、ハウジング７の開口部７ａの内周面に圧入、接着等の手段で固定される。この実施形態において、シール部材９の内周面９ａは円筒状に形成され、シール部材９の下側端面９ｂは軸受スリーブ８の上側端面８ｂと当接している。
シール部材９の内周面９ａに対向する軸部２ａの外周面２ａ１にはテーパ面が形成されており、このテーパ面とシール部材９の内周面９ａとの間には、ハウジング７の底部７ｃ側から開口部７ａ側に向けて半径方向寸法が漸次拡大する環状のシール空間Ｓが形成される。シール部材９で密封されたハウジング７の内部空間には、潤滑油が注油され、ハウジング７内が潤滑油で満たされる。この状態では、潤滑油の油面はシール空間Ｓの範囲内に維持される。
図１に示すように、軸部材２は、軸部２ａとフランジ部２ｂを備えている。その一方で、軸部材２は、樹脂組成物と金属材料との複合構造を成し、樹脂組成物で形成される樹脂部分２１と金属材料で形成される金属部分２２とで構成される。樹脂部分２１は、この実施形態では、軸方向に延びる内軸部２１ａと、内軸部２１ａの外径側に張り出したフランジ部２ｂとからなり、両者を樹脂組成物で一体に形成したものである。金属部分２２は、この実施形態では樹脂製の内軸部２１ａの外周を被覆する外軸部２２ａであって、金属材料で中空円筒状に形成される。従って、軸部２ａは外周に金属製の外軸部２２ａを配置すると共に、内周に樹脂製の内軸部２１ａを配置した複合構造となる。
金属製の外軸部２２ａと、樹脂製の内軸部２１ａおよびフランジ部２ｂとの分離防止のため、外軸部２２ａの下端では、その端部２２ｂがフランジ部２ｂに埋め込まれている。外軸部２２ａの上端では、内軸部２１ａと例えばテーパ面２２ｃ等からなる係合部を介して外軸部２２ａと内軸部２１ａとが軸方向で係合状態にある。外軸部２２ａの回り止めのため、図示は省略するが、フランジ部２ｂに埋め込まれた外軸部２２ａの外周あるいは端縁に、ローレット加工等によりフランジ部２ｂと円周方向で係合可能の凹凸係合部を設けることもできる。
外軸部２２ａを形成する金属部分２２には、強度や耐摩耗性、耐食性を考慮してステンレス鋼等の金属材料が使用される。内軸部２１ａおよびフランジ部２ｂを形成する樹脂部分２１には、耐油性、耐吸水性、耐熱性等を考慮して、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＦ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等がベース樹脂として使用可能である。
この中でも、特にコスト面や成形時の流動性（粘度）を考慮すると、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が好ましい。ところで、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）は一般的に硫化ナトリウムとパラジクロロベンゼンの重縮合反応により製造されるが、同時に副生成物である塩化ナトリウムを含む。そのため、例えば適当な溶媒を用いてポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を洗浄する。洗浄するための溶媒としては、少なくとも１０以上の比誘電率を有するものであればよく、好ましくは２０以上、あるいは５０以上のものであればさらに好ましい。さらに環境面も考慮すると、例えば水（比誘電率約８０）が好ましく、特に超純水が好ましい。このような溶媒で洗浄を行うことにより、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）中のＮａ含有量を低減させることができ、軸部材２の樹脂部分２１を形成する樹脂材料として使用することができる。上記樹脂材料として好適に使用可能なＮａ含有量の目安としては、２０００ｐｐｍ以下であり、１０００ｐｐｍ以下であればより好ましく、５００ｐｐｍ以下であればさらに好ましい。また、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を酸で洗浄することにより、主にポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）末端基のＮａが取り除かれるため、さらなるＮａ含有量の低減化が可能となる。また、分子末端基のＮａを取り除くことでポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の結晶化速度が速まるメリットも得られる。
ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）は、架橋型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、側鎖の少ないセミリニア型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、さらに側鎖の少ない直鎖型（リニア型）ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に大別されるが、この中でも最も側鎖の少ないリニア型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が、単位体積当りの分子末端基の数が少なく、Ｎａの含有量が少ない点で、より好ましい。また、リニア型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）は、他タイプのポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に比べて洗浄が容易であり、あるいは洗浄によりＮａ含有量を容易に減じることができる点でも好ましい材料である。Ｎａ含有量でいえば２０００ｐｐｍ以下のもの、より好ましくは１０００ｐｐｍ以下のもの、さらに好ましくは５００ｐｐｍ以下のものが上記リニア型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）に該当する。これによれば、潤滑油中へのＮａイオンの溶出量が抑えられるので、動圧軸受装置１や、ディスクハブ３に保持されたディスク状情報記録媒体Ｄ、あるいはディスクヘッド（図示せず）表面にＮａイオンが析出するのを防ぐことができる。
上記ベース樹脂には、充填材として炭素繊維が配合可能である。これによれば、軸部材２の高強度化が図られると共に、軸部材２の温度変化に伴う寸法変化を抑えて高い寸法安定性を得ることができる。この結果、使用時におけるラジアル軸受隙間やスラスト軸受隙間を高精度に制御することが可能となり、軸受性能を確保することができる。また、炭素繊維をベース樹脂に配合することで炭素繊維の持つ高い導電性が発現され、樹脂部分２１に充分な導電性（例えば体積抵抗で１０7Ω・ｃｍ以下）を持たせることができる。これにより、使用時に回転部材（例えばディスク状情報記録媒体Ｄ）側に帯電する静電気を軸部材２を介して接地側部材（ケーシング６など）に逃がすことができる。
炭素繊維には、例えばＰＡＮ系やＰｉｃｈ系など種々のものが使用可能であるが、補強効果（成形品に必要とされる引張強度は１２０ＭＰａ）や衝撃吸収性の観点から、比較的高い引張強度（好ましくは３０００ＭＰａ以上）を有するものが好ましく、特に高い導電性を併せ持つものとしては、ＰＡＮ系炭素繊維が好ましい。また、これら炭素繊維をベース樹脂（ＰＰＳ）に配合することによる補強効果、寸法安定効果、静電除去効果等を充分に発揮させるため、炭素繊維のアスペクト比は６．５以上とするのがよい。繊維径は、作業性を害しない限り細いほうが好ましく、入手性も考慮に入れると３〜１０μｍのものが好ましい。これは、繊維径の異なる炭素繊維を同量ずつベース樹脂に配合して比較した場合、繊維径が小さい炭素繊維を配合した樹脂には、より多数の繊維が含まれるので、均質な成形品が得られやすいためである。また、炭素繊維の持つ高強度性を充分に発現するために、繊維長が１００μｍ以上のものを使用するのが好ましい。特にリサイクルのために溶融混練を行う際に、炭素繊維が折れて短くなることを考慮すれば１ｍｍ以上がより好ましい。
上述の炭素繊維による補強効果や静電除去効果等を充分に発揮するため、炭素繊維のベース樹脂への充填量は１０〜３５ｖｏｌ％、より好ましくは１５〜２５ｖｏｌ％とするのがよい。これは、炭素繊維の充填量が１０ｖｏｌ％未満だと、炭素繊維による補強効果や静電除去効果が充分に発揮されない他、他部材との摺動部分における軸部材２の耐摩耗性が確保されず、充填量が３５ｖｏｌ％を超えると、軸部材２、特に樹脂部分２１の成形性が低下し、高い寸法精度（軸受のサイズによっても異なるが、例えばフランジ部２ａの厚み寸法公差は０．７±０．００１５ｍｍ）を得ることが困難になるためである。
ベース樹脂に炭素繊維等の充填材を配合した樹脂組成物の溶融粘度は、キャビティー内を溶融樹脂で高精度に充填するため、３１０℃、せん断速度１０００ｓ-1において５００Ｐａ・ｓ以下に抑えるのがよい。従って、ベース樹脂の溶融粘度は、充填材の充填による粘度低下を補償するためにも、３１０℃、せん断速度１０００ｓ-1において１００Ｐａ・ｓ以下であることが好ましい。
このように、Ｎａ含有量を２０００ｐｐｍ以下とするポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を樹脂部分２１のベース樹脂とすれば、高耐油性や低イオン溶出性、低吸水性、高耐熱性を備えた軸部材２が形成されるので、動圧軸受装置１およびこの動圧軸受装置１を組込んだディスク駆動装置の清浄度を高く保つことができる。さらには、ＰＡＮ系をはじめとする炭素繊維を適量配合した樹脂組成物を、例えば金属部分２２をインサート部品として成形型内に射出し、樹脂部分２１を形成することで、強度、寸法安定性、静電除去性、成形性に優れた軸部材２を得ることができる。
なお、完成品としての軸部材２は、そのサイズに関係なく使用可能であるが、例えば軸部２ａの径が６ｍｍ以下で、かつ軸方向長さ（全軸長）が２０ｍｍ以下である軸部材２であれば、動圧軸受装置１に組込まれた状態で、ハードディスク（ＨＤＤ）等の磁気ディスク駆動装置用として好適に使用することができる。
フランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２には、それぞれ動圧を発生するためのスラスト軸受面となる動圧溝領域が形成される。このスラスト軸受面には、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すように、スパイラル形状を成す複数の動圧溝２３、２４が形成され、この動圧溝領域はフランジ部２ｂのインサート成形と同時に型形成される。
軸部材２の軸部２ａは軸受スリーブ８の内周に挿入され、フランジ部２ｂは軸受スリーブ８の下側端面８ｃとハウジング７の内底面７ｃ１との間に収容される。軸受スリーブ８の内周面８ａの上下２箇所のラジアル軸受面は、それぞれ軸部２ａの外周面２ａ１（外軸部２２ａの外周面）とラジアル軸受隙間を介して対向し、ラジアル軸受部Ｒ１およびラジアル軸受部Ｒ２を構成する。フランジ部２ｂの上側端面２ｂ１に形成したスラスト軸受面は、軸受スリーブ８の下側端面８ｃとスラスト軸受隙間を介して対向し、これによってスラスト軸受部Ｔ１が構成される。また、フランジ部２ｂの下側端面２ｂ２に形成したスラスト軸受面は、ハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１とスラスト軸受隙間を介して対向し、これによってスラスト軸受部Ｔ２が構成される。
以上の構成から、軸部材２の回転時には、上述のように動圧溝８ａ１、８ａ２の作用によってラジアル軸受部Ｒ１，Ｒ２の各ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２の軸部２ａが各ラジアル軸受隙間に形成される潤滑油の油膜によってラジアル方向に回転自在に非接触支持される。同時に、フランジ部２ｂの両端面２ｂ１、２ｂ２に形成された動圧溝の作用によってスラスト軸受部Ｔ１，Ｔ２の各スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２のフランジ部２ｂが各スラスト軸受隙間に形成される潤滑油の油膜によって両スラスト方向に回転自在に非接触支持される。
以上、本発明の一実施形態を説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。
本発明は、軸部２ａとフランジ部２ｂを有する軸部材２を備えた全ての動圧軸受装置に適用可能である。すなわち、上記実施形態では、軸部２ａを金属製の外軸部２２ａと樹脂製の内軸部２１ａとで構成した例を説明したが、これに限ることなく、軸部２ａ全体を金属材料で形成することも可能である。また、上記実施形態では、フランジ部の両端面２ｂ１、２ｂ２に動圧溝２３、２４を形成したが、両端面２ｂ１、２ｂ２と対向する面（例えば軸受スリーブ８の下側端面８ｃやハウジング７の底部７ｃの内底面７ｃ１等）に動圧溝を形成しても構わない。また、下方のスラスト軸受部Ｔ２を他の箇所、例えばハウジング７の開口部７ａ端面と、これに対向する回転部材（ディスクハブ３等）の端面との間に形成することもできる。
上記実施形態では、１種類のベース樹脂（ＰＰＳ）に炭素繊維を配合したものを説明したが、本発明の効果を妨げるものでない限り、他の熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、あるいはゴム成分等の有機物を付加してもよく、また、炭素繊維に加えて金属繊維やガラス繊維、ウィスカ等の無機物を添加しても構わない。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が離型剤として、カーボンブラックが導電化剤としてそれぞれ添加可能である。
本発明の有用性を明らかにするため、組成の異なる複数の樹脂組成物について、軸部材２の要求特性に対する評価を行った。ベース樹脂には、タイプの異なる３種類（リニア型：１種類、架橋型：２種類）のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の何れかを使用した。また、ベース樹脂に配合する充填材には、図６（ａ）に示すように、繊維径や繊維長が異なる（アスペクト比が異なる）５種類の炭素繊維（ＰＡＮ系：３種類、Ｐｉｃｈ系：２種類）のうち何れか一を使用した。これらベース樹脂と充填材（炭素繊維）との組み合わせ、および配合比は図６（ｂ）に示す通りである。
なお、この実施例では、リニア型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）として大日本インキ化学工業（株）製のＬＣ−５Ｇを、２種類の架橋型ポリフェニレンサルファイド（架橋型ＰＰＳＮｏ．１、Ｎｏ．２）としてＮｏ．１から順に大日本インキ化学工業（株）製のＴ−４、同じく大日本インキ化学工業（株）製のＭＢ−６００を、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）として住友化学工業（株）製の４１００Ｇを、ポリカーボネイト（ＰＣ）として三菱エンジニアプラスチック（株）製のＳ−２０００をそれぞれ使用した。３種類のＰＡＮ系炭素繊維（Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３）としてＮｏ．１から順に東邦テナックス（株）製のＨＭ３５−Ｃ６Ｓ、東レ（株）製のＭＬＤ−１０００、同じく東レ（株）製のＭＬＤ−３０を、２種類のＰｉｃｈ系炭素繊維（Ｎｏ．１、Ｎｏ．２）としてＮｏ．１から順に三菱化学（株）製のＫ２２３ＮＭ、同じく三菱化学（株）製のＫ２２３ＱＭを使用した。また、この実施例では離型剤としてポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を配合しており、具体的には（株）喜多村製のＫＴ−６２０を使用した。
評価項目は、供試体の（１）Ｎａ含有量［ｐｐｍ］、（２）Ｎａイオン溶出量［μｍ／ｃｍ2］、（３）体積抵抗［Ω・ｃｍ］、（４）引張強さ［ＭＰａ］、（５）供試体の摩耗深さ［μｍ］、（６）摺動相手材の摩耗深さ［μｍ］、（７）インサート成形性の計７項目である。各評価項目の評価方法（評価項目値の測定方法）は以下に示す通りである。
（１）Ｎａ含有量［ｐｐｍ］
供試体（樹脂バルク体）を硫酸灰化法で灰化した後、稀塩酸に溶解し、原子吸光分光光度計によりＮａイオン濃度を測定した。具体的な手順を以下に示す。<１>供試体を０．１０精秤し、濃硫酸０．３ｇを白金皿に採取する。<２>ドラフター内で、供試体を電気加熱セラミック板上にて加熱炭化させ、マッフルを被せて煙が出なくなるまで加熱する。<３>白金皿を７００℃のマッフル電気炉（高温炉）に移し、さらに４０分間加熱することで供試体を完全に灰化させる。<４>灰化後冷却した供試体に１．２Ｎ塩酸１０ｃｃを加え灰分を溶解する。<５>これをポリエチレン製のメスフラスコに移しイオン交換水を加えることで定溶する（調整溶液化）。<６>Ｎａ標準液を所定量に希釈した２次標準液を調整したものを別に用意し、この調整標準液を基に原子吸光分光光度計（データ処理装置を含む）にてＮａイオン濃度係数を求める。<７>上記手順<５>で準備した調整溶液から原子吸光分光光度計を用いて供試体中の含有Ｎａイオン濃度を測定した。<８>供試体を変えて３回測定し、その平均値をとる。
（２）Ｎａイオン溶出量［μｍ／ｃｍ2］
インサート成形後の供試体（軸部材）のＮａイオン溶出量をイオンクロマト法により測定した。具体的な手順を以下に示す。<１>空のビーカに超純水を所定量入れ、その中に予め表面積を計算した供試体を投入する。<２>上記ビーカを超音波洗浄機に一定時間セットし、供試体の表面及び内部に含有するイオンを超純水中に溶出させる。これとは別に、供試体を投入しない純水のみ入ったビーカも同様に超音波洗浄機にセットし、これをブランクとする。このとき用いる超音波洗浄機は周波数３０〜５０ｋＨｚ、出力１００〜１５０Ｗ程度のものが望ましい。<３>上述の如く準備を行った、供試体を投入した超純水に含有するＮａイオン量を、イオンクロマトグラフィにより測定する（測定値Ａ）。別途ブランクに含有するＮａイオン量も同様に測定する（測定値Ｂ）。<４>測定値Ａから測定値Ｂを引いたものを、含供試体超純水１ｍｌ当りのＮａイオン濃度とし、これにイオン溶出に用いた超純水量を乗算およびサンプルの表面積を除算したものを、単位表面積当りのＮａイオン溶出量［μｇ／ｃｍ2］とした。Ｎａ含有量が２０００ｐｐｍ以下で、Ｎａイオン溶出量が０．０１μｇ／ｃｍ2未満のものを○とした。
（３）体積抵抗［Ω・ｃｍ］
ＪＩＳ ７１９４による四探針法により測定を行った。体積抵抗が１０7Ω・ｃｍ未満のものを○とした。 （４）引張強さ［ＭＰａ］
ＪＩＳ Ｋ７１１３（一号ダンベル）にて測定を行った。引張り強さが１２０ＭＰａ以上のものを○とした。
（５）供試体の摩耗深さ［μｍ］および
（６）摺動相手材の摩耗深さ［μｍ］
リング状の供試体を、潤滑油中でディスク状の摺動相手材に所定荷重で押し当てた状態で供試体側を回転させるリングオンディスク試験にて測定した。具体的には、φ２１ｍｍ（外径）×φ１７ｍｍ（内径）×３ｍｍ（厚み）のリング状樹脂成形体を供試体として使用した。また、表面粗さＲａ０．０４μｍ、φ３０ｍｍ（直径）×５ｍｍ（厚み）のＡ５０５６製のディスク材を摺動相手材として使用した。潤滑油には、ジエステル油としてジ（２−エチルヘキシル）アゼレートを使用した。この潤滑油の４０℃における動粘度は、１０．７ｍｍ2／ｓである。リングオンディスク試験中、供試体に対する摺動相手材の面圧は０．２５ＭＰａ、回転速度（周速）は１．４ｍ／ｍｉｎ、試験時間は１４ｈｏｕｒｓ、油温は８０℃とした。リング状供試体および摺動相手材の摩耗深さが共に４μｍ以下で、かつ供試体と相手材の摩耗深さの総和が５μｍ以下のものを○とした。
（７）インサート成形性
図１に示す形状の金属部分２２をインサート部品として供試体のインサート成形を行い、成形の可否、あるいはフランジ部の固化時収縮によるヒケ量（２μｍ以下なら○）に基づき成形性を評価した。
供試体（樹脂バルク体）を硫酸灰化法で灰化した後、稀塩酸に溶解し、原子吸光分光光度計によりＮａイオン濃度を測定した。具体的な手順を以下に示す。<１>供試体を０．１０精秤し、濃硫酸０．３ｇを白金皿に採取する。<２>ドラフター内で、供試体を電気加熱セラミック板上にて加熱炭化させ、マッフルを被せて煙が出なくなるまで加熱する。<３>白金皿を７００℃のマッフル電気炉（高温炉）に移し、さらに４０分間加熱することで供試体を完全に灰化させる。<４>灰化後冷却した供試体に１．２Ｎ塩酸１０ｃｃを加え灰分を溶解する。<５>これをポリエチレン製のメスフラスコに移しイオン交換水を加えることで定溶する（調整溶液化）。<６>Ｎａ標準液を所定量に希釈した２次標準液を調整したものを別に用意し、この調整標準液を基に原子吸光分光光度計（データ処理装置を含む）にてＮａイオン濃度係数を求める。<７>上記手順<５>で準備した調整溶液から原子吸光分光光度計を用いて供試体中の含有Ｎａイオン濃度を測定した。<８>供試体を変えて３回測定し、その平均値をとる。
（２）Ｎａイオン溶出量［μｍ／ｃｍ2］
インサート成形後の供試体（軸部材）のＮａイオン溶出量をイオンクロマト法により測定した。具体的な手順を以下に示す。<１>空のビーカに超純水を所定量入れ、その中に予め表面積を計算した供試体を投入する。<２>上記ビーカを超音波洗浄機に一定時間セットし、供試体の表面及び内部に含有するイオンを超純水中に溶出させる。これとは別に、供試体を投入しない純水のみ入ったビーカも同様に超音波洗浄機にセットし、これをブランクとする。このとき用いる超音波洗浄機は周波数３０〜５０ｋＨｚ、出力１００〜１５０Ｗ程度のものが望ましい。<３>上述の如く準備を行った、供試体を投入した超純水に含有するＮａイオン量を、イオンクロマトグラフィにより測定する（測定値Ａ）。別途ブランクに含有するＮａイオン量も同様に測定する（測定値Ｂ）。<４>測定値Ａから測定値Ｂを引いたものを、含供試体超純水１ｍｌ当りのＮａイオン濃度とし、これにイオン溶出に用いた超純水量を乗算およびサンプルの表面積を除算したものを、単位表面積当りのＮａイオン溶出量［μｇ／ｃｍ2］とした。Ｎａ含有量が２０００ｐｐｍ以下で、Ｎａイオン溶出量が０．０１μｇ／ｃｍ2未満のものを○とした。
（３）体積抵抗［Ω・ｃｍ］
ＪＩＳ ７１９４による四探針法により測定を行った。体積抵抗が１０7Ω・ｃｍ未満のものを○とした。 （４）引張強さ［ＭＰａ］
ＪＩＳ Ｋ７１１３（一号ダンベル）にて測定を行った。引張り強さが１２０ＭＰａ以上のものを○とした。
（５）供試体の摩耗深さ［μｍ］および
（６）摺動相手材の摩耗深さ［μｍ］
リング状の供試体を、潤滑油中でディスク状の摺動相手材に所定荷重で押し当てた状態で供試体側を回転させるリングオンディスク試験にて測定した。具体的には、φ２１ｍｍ（外径）×φ１７ｍｍ（内径）×３ｍｍ（厚み）のリング状樹脂成形体を供試体として使用した。また、表面粗さＲａ０．０４μｍ、φ３０ｍｍ（直径）×５ｍｍ（厚み）のＡ５０５６製のディスク材を摺動相手材として使用した。潤滑油には、ジエステル油としてジ（２−エチルヘキシル）アゼレートを使用した。この潤滑油の４０℃における動粘度は、１０．７ｍｍ2／ｓである。リングオンディスク試験中、供試体に対する摺動相手材の面圧は０．２５ＭＰａ、回転速度（周速）は１．４ｍ／ｍｉｎ、試験時間は１４ｈｏｕｒｓ、油温は８０℃とした。リング状供試体および摺動相手材の摩耗深さが共に４μｍ以下で、かつ供試体と相手材の摩耗深さの総和が５μｍ以下のものを○とした。
（７）インサート成形性
図１に示す形状の金属部分２２をインサート部品として供試体のインサート成形を行い、成形の可否、あるいはフランジ部の固化時収縮によるヒケ量（２μｍ以下なら○）に基づき成形性を評価した。
図７に、各供試体の評価項目（１）〜（７）に関する評価結果を示す。比較例５のように、架橋型ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）をベース樹脂として使用したものについては、潤滑油等への悪影響を無視できない程度の溶出Ｎａイオンが検出された。比較例３や比較例４のように、供試体中に含まれる炭素繊維のアスペクト比が小さいと（＜６．５）、充分な補強効果が得られない。比較例１のように、炭素繊維の配合比が小さいと（＜１０ｖｏｌ％）、供試体の体積抵抗が不充分であるばかりか、供試体の耐摩耗特性も確保できない。比較例２のように、炭素繊維の配合比が大きいと（＞３５ｖｏｌ％）、供試体の摩耗を抑えることができるが、摺動相手材の摩耗を避けることができない。これに対して、本発明に係る配合例１〜４では、清浄性（Ｎａイオン溶出量）、静電除去性（体積抵抗）、強度（引張強さ）、耐摩耗特性（供試体および相手材の摩耗深さ）等全ての面において、比較例よりも優れた結果が得られた。
１ 動圧軸受装置
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ａ１ 外周面
２ｂ フランジ部
２ｂ１ 上側端面
２ｂ２ 下側端面
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ケーシング
７ ハウジング
７ａ 開口部
７ｂ 側部
７ｃ 底部
８ 軸受スリーブ
８ａ１、８ａ２ 動圧溝
８ｃ 下側端面
９ シール部材
２１ 樹脂部分
２１ａ 内軸部
２２ 金属部分
２２ａ 外軸部
２２ｂ 端部
２２ｃ テーパ面
２３、２４ 動圧溝
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
２ 軸部材
２ａ 軸部
２ａ１ 外周面
２ｂ フランジ部
２ｂ１ 上側端面
２ｂ２ 下側端面
３ ディスクハブ
４ ステータコイル
５ ロータマグネット
６ ケーシング
７ ハウジング
７ａ 開口部
７ｂ 側部
７ｃ 底部
８ 軸受スリーブ
８ａ１、８ａ２ 動圧溝
８ｃ 下側端面
９ シール部材
２１ 樹脂部分
２１ａ 内軸部
２２ 金属部分
２２ａ 外軸部
２２ｂ 端部
２２ｃ テーパ面
２３、２４ 動圧溝
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
Claims (11)
- 軸部と、軸部から外径側に張り出したフランジ部を備え、かつ金属材料と樹脂組成物との複合構造を成すものであって、
樹脂組成物は、Ｎａ含有量が２０００ｐｐｍ以下のポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）をベース樹脂とするものであることを特徴とする動圧軸受装置用軸部材。 - ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）は、リニア型である請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
- 樹脂組成物は、炭素繊維を含むものである請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
- 炭素繊維の引張り強度が３０００ＭＰａ以上である請求項３記載の動圧軸受装置用軸部材。
- 炭素繊維は、ＰＡＮ系である請求項３又は４記載の動圧軸受装置用軸部材。
- 炭素繊維のアスペクト比が６．５以上である請求項３〜５の何れか記載の動圧軸受装置用軸部材。
- 炭素繊維は、樹脂組成物に１０〜３５ｖｏｌ％含まれる請求項３〜６の何れか記載の動圧軸受装置用軸部材。
- 少なくともフランジ部を樹脂組成物で形成した請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
- 軸部は、金属材料で形成された外軸部と、外軸部の内周に配置され、樹脂組成物でフランジ部と一体に形成された内軸部とを備えた請求項１記載の動圧軸受装置用軸部材。
- 請求項１〜９の何れか記載の動圧軸受装置用軸部材と、流体の動圧作用で動圧軸受装置用軸部材をラジアル方向に非接触支持するラジアル軸受部と、流体の動圧作用で動圧軸受装置用軸部材をスラスト方向に非接触支持するスラスト軸受部とを備えた動圧軸受装置。
- 請求項１０記載の動圧軸受装置と、ロータマグネットと、ロータマグネットとの間で磁力を生じるステータコイルとを有することを特徴とするモータ。
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