JP5263496B2 - エポキシ樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ハードディスクドライブなどに用いられる流体軸受型モーターに使用される潤滑流体が漏洩しないためのシールおよび/または接着に適したエポキシ樹脂組成物に関するものである。
近年、非特許文献1の様にハードディスクドライブ(以下、HDDと言う。)用のモーターに関して高速性と低騒音の向上が求められている。これらの特性を満たすために流体軸受が広く用いられている。この流体軸受は、軸(シャフト)と軸受(スリーブ)の空隙に潤滑流体が満たされており、軸と軸受の相対すべり運動により潤滑流体膜に圧力(動圧)を発生させ、これによって負荷を支持する方式である。この軸受の場合、動圧を発生させるために軸受のすきまの断面形状が、くさび形、ステップ形の様な一般的にヘリングボーン溝と呼ばれる溝が刻まれ、非平行な形状になっている必要がある。流体軸受では軸が静止している状態では、動圧が発生しないので、負荷を支持する様な潤滑流体膜は形成されない。そのため、定速度もしくは、一定範囲の速度で運動するものに用いられる。容易に高い剛性を得ることができるが、特性が相対すべり速度に依存しているため、設計時に使用範囲を明確にしておく必要がある。(以下、潤滑流体を潤滑油と呼ぶ。)
また、高信頼性の車載用電子部品の需要が高くなると共に、パソコンや携帯電話の信頼性向上が求められてきている。それに伴ってHDDにおいても同様の要求が求められている。信頼性を確認する具体的な試験方法としては、100℃前後の高温に放置する高温試験、高温高湿下(例えば85℃×85%RHなど)に放置する耐湿試験、低温放置と高温放置(例えば−40℃と80℃との切り替え)を繰り返すヒートサイクル試験、もしくはヒートサイクル試験よりも低温・高温の切り替え条件が厳しいヒートショック試験などが行われる。この様な試験により、モーター特性が変化するなどの信頼性低下が発生すると、HDDにおいては駆動に支障がでる。(以下、信頼性とは高温試験、耐湿試験、ヒートサイクル試験および/またはヒートショック試験に対しての耐性を意味する。)
一般的に、軸受はラジアル軸受とスラスト軸受から構成されている。スラスト軸受の支持を行うスラスト板は軸を支持するだけでなく、潤滑油を漏洩させないためのシール部材としても機能する。通常、スラスト板をスリーブに固定する手法としては、特許文献1の様に溶接または硬化性樹脂組成物を使用することが知られている。これにより、潤滑油のシールとスラスト板の接着を両立せている。潤滑油が漏洩すると、流体軸受の潤滑効果が低下し回転精度が著しく劣化し、軸や軸受が摩耗し装置が損傷してしまう。それだけではなく、漏洩した潤滑油は機器自体に悪影響を及ぼすものとなる。HDDにおいては、漏洩した潤滑油が直接付着しなくとも、潤滑油から発生するガス成分が磁気ディスクに付着するだけで読みとりに問題が生じたりヘッドをクラッシュさせてしまう恐れがある。また、樹脂組成物そのものから発生するガス成分も問題になる可能性がある。(以下、問題になるガス成分を総称してアウトガスと呼ぶ。)
漏洩防止を確実に行うため、スラスト板の固定は溶接が主流であった。しかしながら、溶接では一度に処理できる数が限られるため、生産性の点で従来から問題があった。一方、硬化性樹脂組成物による固定では、バッチ式の硬化炉などを使用すると一度に大量の数処理することができる。しかしながら、潤滑油は特許文献2の様に、ジオクチルフタル酸(DOP)、ジオクチルセバチン酸(DOS)等のエステル類から構成されることが多く、樹脂組成物の硬化物には潤滑油に触れた状態の耐薬品性が求められる。潤滑油に接触した状態で樹脂組成物が膨潤したり、接着剤組成物の成分が潤滑油に溶け出したりすることがあってはならない。潤滑油がモーターの外に漏洩した場合はアウトガスになり上述した様な問題が発生し、樹脂組成物が潤滑油に溶け出した場合は潤滑油内で硬化物が発生してモーターの駆動に支障をきたす可能性がある。(以下、潤滑油に対する耐性を耐薬品性と呼ぶ。)
淺田隆文、山本哲平、斉藤浩昭、伊藤大輔 著 Matsushita Technical Journal Vol.51 No.1 Feb.2005 特開2003−235199号公報 特開2008−1886号公報
従来の硬化性樹脂組成物は、HDDなどに用いられる流体軸受型モーターの潤滑油に対する耐薬品性の低さから、潤滑油との接触により樹脂組成物の硬化物が劣化したり、樹脂組成物の成分が潤滑油中に溶出するなどの欠点があり、シールおよび/または接着における信頼性が低かった。
本発明者らは、上記目的を達成するべく鋭意検討した結果、流体軸受型モーターの潤滑油に耐性を持ち、シールおよび/または接着における信頼性においても優れたエポキシ樹脂組成物に関する手法を発見し、本発明を完成するに至った。
本発明の要旨を次に説明する。本発明の第一の実施形態は、(A)〜(C)成分からなるエポキシ樹脂組成物である。
(A)成分:エポキシ樹脂
(B)成分:ゴム粒子
(C)成分:イミダゾール誘導体
本発明の第二の実施形態は、(B)成分がブタジエンゴムおよび/またはアクリルゴムからなる粒子である請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物である。
本発明の第三の実施形態は、(B)成分がエポキシ樹脂に事前に分散されたゴム粒子、または事前にエポキシ樹脂内で乳化重合して作られたゴム粒子である請求項1〜2のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物である。
本発明の第四の実施形態は、(A)成分100質量部に対して(B)成分であるゴム粒子を5〜50質量部含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物である。
本発明の第五の実施形態は、(C)成分であるイミダゾール誘導体以外の硬化剤を実質的に含まない請求項1〜4のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物である。
本発明の第六の実施形態は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の、流体軸受型モーターのシールおよび/または接着に用いるエポキシ接着剤組成物である。
本発明の第七の実施形態は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の、ハードディスクドライブに用いられる流体軸受型スピンドルモーターにおいてスラスト板とスリーブの隙間をシールおよび/または接着するのに用いるエポキシ接着剤組成物である。
本発明は、HDDなどに用いられる流体軸受型モーターにおいて、潤滑油を漏洩させない様にスラスト板とスリーブのシールおよび/または接着に適したエポキシ樹脂組成物を提供する。
本発明の詳細を次に説明する。本発明に使用することができる(A)成分は、1分子内に2個以上のエポキシ基を有する化合物であり、一般的にエポキシ樹脂と呼ばれている。1種類だけ使用しても2種類以上を混合して使用しても良い。エポキシ樹脂の具体例としては、エピクロルヒドリンとビスフェノール類などの多価フェノール類や多価アルコールとの縮合によって得られるもので、例えばビスフェノールA型、臭素化ビスフェノールA型、水添ビスフェノールA型、ビスフェノールF型、ビスフェノールS型、ビスフェノールAF型、ビフェニル型、ナフタレン型、フルオレン型、ノボラック型、フェノールノボラック型、オルソクレゾールノボラック型、トリス(ヒドロキシフェニル)メタン型、テトラフェニロールエタン型などのグリシジルエーテル型エポキシ樹脂を例示することができる。その他エピクロルヒドリンとフタル酸誘導体や脂肪酸などのカルボン酸との縮合によって得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂、エピクロルヒドリンとアミン類、シアヌル酸類、ヒダントイン類との反応によって得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂、さらには様々な方法で変性したエポキシ樹脂を挙げられるが、これらに限定されるものではない。
市販されているエポキシ樹脂としては、ジャパンエポキシレジンレジン株式会社製827、828EL等、大日本インキ工業株式会社製のEPICLON830、EXA−835LV等が挙げられる。東都化成株式会社製エポトートYD−128、YDF−170等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。価格面を考慮すると、ビスフェノールA骨格、ビスフェノールF骨格を有するエポキシ樹脂が好ましい。
本発明で使用することができる(B)成分は、ブタジエンゴムおよび/またはアクリルゴムからなる粒子である。ゴム粒子の平均粒径としては、0.05〜0.5μmが好ましい。膨潤による粘度変化を考慮すると、コアシェル型のゴム粒子が最も好ましい。ブタジエンゴムおよび/またはアクリルゴムを添加することにより、信頼性において潤滑油に対する耐性の向上する傾向がある。特に、接着強さが低下しにくい。
また、事前にエポキシ樹脂内に分散されたゴム粒子を使用しても良い。具体的には、エポキシ樹脂内にハイパーやホモジナイザーなどの混合撹拌装置により分散されたゴム粒子や、エポキシ樹脂内で乳化重合により合成されたゴム粒子がこれに相当する。乳化重合による手法で最終的に形成されたゴム粒子の平均粒径は、0.05〜0.5μmのものが好ましい。エポキシ樹脂に事前に分散されたゴム粒子を使用することにより、樹脂組成物の製造時に成分の取扱いが簡単になるという利点がある。また、エポキシ樹脂が充分にゴム粒子になじむため、時間が経過した時の粘度変化がすくなるなる傾向がある。
上記ブタジエンゴム粒子の具体例としては、三菱レイヨン株式会社製 メタブレンEシリーズとメタブレンCシリーズなどが挙げられる。上記アクリルゴム粒子の具体例としては、綜研化学株式会社製 MXシリーズ、三菱レイヨン株式会社製 メタブレンWシリーズ、ゼオン化成株式会社製 ゼフィアックシリーズなどが挙げられる。事前にゴム粒子を分散したエポキシ樹脂の具体例としては、レジナス化成株式会社製 RKBシリーズなどが挙げられる。乳化重合を用いたエポキシ樹脂の具体例としては、株式会社日本触媒製 アクリセットBPシリーズなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
(A)成分100質量部に対して、(B)成分の添加量は5〜50質量部が好ましい。最も好ましくは(A)成分100質量部に対して、(B)成分の添加量が5〜40重量部である。(B)成分の添加量が、50質量部より多いと接着力が低下する傾向があり、1質量部より少ないと信頼性が低下する傾向がある。
本発明で使用することができる(C)成分としては、エポキシ樹脂に対して硬化剤として使用できると共に、常温で液状であり、100℃以下で反応を開始することが必須条件である。
一般的に、エポキシ樹脂に使用することができる硬化剤として、ポリアミン化合物(ジシアンジアミドやヒドラジド化合物などを含む)、フェノール化合物、ポリチオール化合物、酸無水物などが挙げられ、室温において液状のものが多い。硬化剤の反応性を促進させるため、三級アミン化合物などを硬化促進剤として使用する場合もある。硬化促進剤は、室温において固体のものが一般的であり、固形のイミダゾール骨格を有する化合物やエポキシ樹脂に三級アミンを付加させて反応を途中で止めているエポキシアダクト化合物を粉砕した微粉末などが使用される。市販されているエポキシアダクト系化合物としては、味の素ファインテクノ株式会社製のアミキュアシリーズや、富士化成工業株式会社製のフジキュアシリーズや旭化成ケミカルズ株式会社製のノバキュアシリーズなどが挙げられる。また、室温において液状の硬化促進剤として、有機リン系化合物、有機アミン系化合物、イミダゾール誘導体系化合物などが知られている。また、場合によっては硬化促進剤を硬化剤として使用することもできる。
本発明では、固形(粉体)の硬化剤および/または硬化促進剤を使用することは困難である。固形(粉体)の硬化剤および/または硬化促進剤を樹脂組成物に添加することにより、高粘度化したりチクソ性が付与されるため塗出時の取扱いが困難になるためである。また、液状の硬化剤を使用すると反応性が低く硬化しない場合や、逆に反応性が早すぎて極端に可使時間が短いなどの問題が発生する場合がある。硬化性が低い場合、アウトガスの排出や接着力低下などの二次的な問題が発生する。鋭意検討した結果、本発明で使用することができる(C)成分としては、主骨格にイミダゾールを有するイミダゾール誘導体の硬化剤以外を実質的に含まない事が最も好ましいと確認した。その様な(C)成分の具体例としては、四国化成工業株式会社製のキュアゾールシリーズがあり、1B2MZ、2E4MZなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。前記「イミダゾール誘導体の硬化剤以外を実施的に含まない」とは、原料の製造工程中に残留している不純物を含む場合や、イミダゾール誘導体以外の硬化剤および/または硬化促進剤を意図的に極微量添加しても実質的に反応性を決定しているのがイミダゾール誘導体である場合なども含まれる。
(A)成分100質量部に対して、(C)成分の添加量は0.5〜5質量部が好ましい。0.5質量部より少ない場合と5質量部より多い場合では硬化性が低下する。
本願発明では、(D)成分としてヒュームドシリカを添加することで、シールおよび/または接着性能が向上する。さらには、信頼性の向上にも寄与する。ヒュームドシリカには親水性と疎水性があり、市販品の具体例としては日本アエロジル株式会社製のAEROSILシリーズなどが相当するが、これらに限定されるものではない。平均粒径5〜50nmのものが好ましい。
前記(D)成分の添加量は本発明の趣旨を損なわない範囲において加えて良いが、(A)成分100質量部に対して、(D)成分が0.5〜5質量部添加される事が好ましい。5質量部より多く添加すると粘度が高くなり流れ性がなくなるため、樹脂組成物を塗布するときに支障が出る。
本発明のエポキシ樹脂組成物は、(A)〜(C)成分の全てを混合して1液型にすることができる。または、(A)成分と(B)成分の混合物からなる本剤と、(C)成分からなる硬化剤からなるの2液型としても良い。
本発明のエポキシ樹脂樹脂組成物には、本発明の所期の効果を損なわない範囲において、顔料、染料などの着色剤、金属粉、炭酸カルシウム、タルク、シリカ、アルミナ、水酸化アルミニウム等の無機充填剤、難燃剤、有機充填剤、可塑剤、酸化防止剤、消泡剤、シラン系カップリング剤、レベリング剤、レオロジーコントロール剤等の添加剤を適量配合しても良い。これらの添加により、樹脂強度・接着強さ・作業性・保存性等に優れた組成物およびその硬化物が得られる。
次に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
<実施例1〜14>
エポキシ樹脂組成物を調製するために下記成分を準備した。
(A)成分:エポキシ樹脂
・ビスフェノールA骨格を有するエポキシ樹脂とビスフェノールF骨格を有するエポキシ樹脂の混合物(エピクロンEXA−835LV 大日本インキ工業株式会社製)
(B)成分:ゴム粒子
・アクリルゴム粒子(ゼフィアックF340 ゼオン化成株式会社製)
・ブタジエンゴム粒子(メタブレンE−901 三菱レイヨン株式会社製)
・アクリルゴム粒子含有エポキシ樹脂(ゴム粒子20質量%含有)(アクリセットBPF−307 株式会社日本触媒製)
・ブタジエンゴム粒子含有エポキシ樹脂(ゴム粒子15質量%含有)(レジボンドRKB−1003 レジナス化成株式会社製)
(C)成分:イミダゾール誘導体
・1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(キュアゾール1B2MZ 四国化成工業株式会社製)
・2−エチル−4−メチルイミダゾール(キュアゾール2E4MZ 四国化成工業株式会社製
(D)成分:ヒュームドシリカ
・親水性ヒュームドシリカ(AEROSIL200 日本アエロジル株式会社製)
(A)成分と(B)成分を1時間撹拌した。その後、(D)成分を加えてさらに30分撹拌した。最後に、(C)成分を添加して15分撹拌した。詳細な調製量は表1に従い、数値は全て質量部で表記する。
<比較例1〜9>
エポキシ樹脂組成物を調製するために下記成分を準備した。
(A)成分:エポキシ樹脂
・ビスフェノールA骨格を有するエポキシ樹脂とビスフェノールF骨格を有するエポキシ樹脂の混合物(エピクロンEXA−835LV 大日本インキ工業株式会社製)
(B)成分:ゴム粒子
・アクリルゴム粒子(ゼフィアックF340 ゼオン化成株式会社製)
・ブタジエンゴム粒子(メタブレンE−901 三菱レイヨン株式会社製)
(C)成分:イミダゾール誘導体
・1−ベンジル−2−メチルイミダゾール(キュアゾール1B2MZ 四国化成工業株式会社製)
(C’)成分:ポリアミン化合物
・複素環式ジアミン変性体(エポメートB002 ジャパンエポキシレジン株式会社製)
(D)成分:ヒュームドシリカ
・親水性ヒュームドシリカ(AEROSIL200 日本アエロジル株式会社製)
(A)成分と(B)成分を1時間撹拌した。その後、(D)成分を加えてさらに30分撹拌した。最後に、(C)成分および/または(C’)成分を添加して15分撹拌した。詳細な調製量は表2に従い、数値は全て質量部で表記する。
実施例1〜14および比較例1〜9で得られたエポキシ樹脂組成物について、下記のような各試験・確認を行った。その結果を表3にまとめた。
[嵌合接着強さ試験]
ステンレス(SUS304)製で6φ×40mmのピンと、ステンレス(SUS304)製でピンが挿入できる内径6φの穴の開いた15φ×15mmのカラーを用いた。挿入時のクリアランスは0.01mmである。ピンに樹脂組成物を1mg塗布した後、接着部に均一になる様に延ばして、90℃で1時間加熱することでテストピースを作成した。圧縮速度を10mm/minで最大荷重の測定を行い、数1から「勘合接着強さ」を計算した。「嵌合接着強さ(Pa)」の評価は以下の通りで、表3にまとめた。
55MPa以上:◎(最良)
50〜54MPa:○(良)
45〜49MPa:△(普通)
45MPa未満:×(不良)
[耐薬品性試験]
潤滑油としてDOSを使用して硬化物の浸漬試験を行った。各組成物を10φ×10mmの容器に充填して90℃で1時間加熱して硬化物を作成した。硬化物を容器から取り出して、硬化物の「初期の質量」を測定する。その硬化物をDOSに浸漬して100℃で1000時間放置した。浸漬終了後に硬化物を取り出して潤滑油をきれいに取り除いて、再び質量を測定してこの質量を「浸漬後の質量」とする。数2に従い、初期と浸漬後の「質量変化率(%)」を計算した。質量変化率(%)の評価は以下の通りで、表3にまとめた。
−0.09〜+0.09%:○ (良)
−0.1%未満または+0.1%以上:×(不良)
[総アウトガス量測定]
総アウトガス量(単位:ppm)の測定はガスクロマトグラフ質量分析計(一般的にGC−MSと呼ばれる。)を用いた。それぞれの樹脂組成物をアルミカップ内に30mg採取して、90℃で1時間加熱して硬化させる。室温に戻った後、85℃×3hの抽出条件でアウトガスを抽出して、ガスクロマトグラフにより各種アウトガス成分を分離する。n−ヘキサデカンを標準サンプルとして、各種アウトガス成分の質量を求める。各種アウトガス成分の質量の合計が総アウトガス量に相当する。総アウトガス量(ppm)の評価は以下の通りで、表3にまとめた。
5ppm未満:◎(最良)
5〜9ppm:○(良)
10ppm以上:×(不良)
[信頼性試験(嵌合接着強さの低下率)]
嵌合接着強さ試験と同様の方法で作成されたテストピースを用いる。同時に硬化させたテストピースの一部を使用して、初期の接着強さを測定し、これを「初期の嵌合接着強さ」とする。残りのテストピースをDOS中に浸漬した状態で、100℃で400時間放置する。浸漬終了後の潤滑油をきれいに取り除いてから、嵌合接着強さを測定し、これを「浸漬後の嵌合接着強さ」とする。初期と浸漬後の結果を数3に従い接着強さの「低下率(%)」を計算した。嵌合接着強さの低下率(%)の評価は以下の通りで、表3にまとめた。
1%未満:◎(最良)
1〜3%:○(良)
4〜9%:△(普通)
10%以上:×(不良)
[可使時間]
樹脂組成物の製造直後に以下の使用に従い初期粘度を測定する。
粘度計の仕様
メーカー:東機産業株式会社 TV−33型粘度計(EHD型)
測定条件
コーンローター:3°×R14
回転速度:0.5rpm
測定時間:5分
測定上限値:1024Pa・s
測定温度:25℃
プラスチック容器に前記樹脂組成物50gを採取して25℃に放置する。1時間毎に同様の仕様で粘度を測定して、初期粘度の2倍の粘度になるまでの時間を「可使時間(時間)」として確認する。可使時間(時間)の評価は以下の通りで、表3にまとめた。
12時間以上:○(良)
1〜12時間:△(普通)
1時間未満:×(不良)
[総合判断]
エポキシ樹脂組成物の特性を総合的に判断するため、嵌合接着強さ試験、耐薬品性試験、総アウトガス量測定、信頼性試験、可視時間の点数化を計った。評価方法を以下の様に行い、その結果を表3にまとめた。
3点:◎
2点:○
1点:△
0点:×
表3において総合判断の数値が高い方が、流体軸受型モーターのシールおよび/または接着に適した樹脂組成物となる。実施例1〜6、11、12は比較例5〜9を比較すると、ゴム粒子を添加することで全ての試験において特性が同等もしくは向上しており、特に信頼性が向上している。また、実施例全てと比較例1〜4を比較すると、アミン化合物の中でもイミダゾール誘導体のみを使用することで耐薬品性、信頼性、可視時間について特性の向上が見られる。これらの結果から、ゴム粒子とイミダゾール誘導体を同時に使用することで、流体軸受型モーターのシールおよび/または接着に必要な特性が発現する。
近年、HDDは容量が大きくなる一方で小型化が進み、部品の高精度化が求められている。そのため、溶接やかしめ等の物理的な接着には限界も見られる。一方、硬化性樹脂組成物による接着は部品変更に対する対応力が高いと共に、製造ラインにおいて生産能力の向上に寄与できる。また、車載用HDDでは温度や湿度に対する信頼性向上やノートタイプパソコン用HDDでは耐衝撃性向上など様々な性能向上が求められており、本発明はそれらの信頼性試験に対応できるエポキシ樹脂組成物である。潤滑油に対して耐薬品性や信頼性が高いので、HDD用スピンドルモーターに限らず様々な流体軸受構造のシールおよび/または接着の用途に使用することができる。

Claims (6)

  1. (A)〜(C)成分を含み、流体軸受型モーターのシールおよび/または接着に用いるエポキシ樹脂組成物。
    (A)成分:エポキシ樹脂
    (B)成分:ゴム粒子
    (C)成分:イミダゾール誘導体
  2. (B)成分がブタジエンゴムおよび/またはアクリルゴムからなる粒子である請求項1に記載のエポキシ樹脂組成物。
  3. (B)成分がエポキシ樹脂に事前に分散されたゴム粒子、または事前にエポキシ樹脂内で乳化重合して作られたゴム粒子である請求項1〜2のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
  4. (A)成分100質量部に対して(B)成分であるゴム粒子を5〜50質量部含む請求項1〜3のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
  5. (C)成分であるイミダゾール誘導体以外の硬化剤を実質的に含まない請求項1〜4のいずれか1項に記載のエポキシ樹脂組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の、ハードディスクドライブに用いられる流体軸受型スピンドルモーターにおいてスラスト板とスリーブの隙間をシールおよび/または接着するのに用いるエポキシ接着剤組成物。
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