KR20080050566A - 유체 베어링 장치 - Google Patents

Abstract

유체 베어링 장치의 허브부를 폴리페닐렌 설파이드(PPS)를 베이스 수지로 하고, 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로 형성함으로써 내마모성, 도전성을 향상시킬 수 있다. 또는, 유체 베어링 장치의 고정체 및 회전체 중 베어링 간극을 통해 대향하는 부분을 모두 폴리페닐렌 설파이드(PPS)를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성함으로써 우수한 내마모성을 얻을 수 있다.

유체 베어링 장치

Description

유체 베어링 장치{FLUID BEARING UNIT}

본 발명은 유체 베어링 장치에 관한 것이다. 유체 베어링 장치는 정보 기기, 예컨대, HDD, FDD 등의 자기 디스크 장치, CD-ROM, CD-R/RW, DVD-ROM/RAM 등의 광디스크 장치, MD, MO 등의 광자기 디스크 장치 등의 스핀들 모터용, 레이저 빔 프린터(LBP)의 폴리곤 스캐너 모터, 프로젝터의 컬러 휠, 또는 전기기기, 예컨대, 축류팬 등의 소형 모터용의 베어링 장치로서 적합하다.

상기 각종 모터에는 고회전 정밀도 외에 고속화, 저가격화, 저소음화 등이 요구되고 있다. 이러한 요구 성능을 결정짓는 구성 요소 중 하나로 해당 모터의 스핀들을 지지하는 베어링 장치가 있고, 최근에는 이러한 종류의 베어링 장치로서 상기 요구 성능이 우수한 특성을 가진 유체 베어링 장치의 사용이 검토되고, 또는 실제로 사용되고 있다.

이러한 종류의 유체 베어링 장치는 베어링 간극내의 윤활 유체에 동압을 발생시키기 위한 동압 발생부를 구비한 것과, 동압 발생부를 구비하지 않은 것(소위 원통형 베어링)으로 대별된다.

유체 베어링 장치의 일례로서 예컨대, HDD 등의 디스크 구동 장치의 스핀들 모터에서 사용되는 동압 베어링 장치가 특허문헌 1에 기재되어 있다. 이 베어링 장 치는 저면을 가진 원통형의 하우징과, 하우징의 내주에 고정된 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브의 내주에 삽입되어 외경측으로 연장된 플랜지부를 가진 축부재를 구비한다. 축부재의 회전시에는 축부재와 고정측 부재(베어링 슬리브, 하우징 등)의 사이에 형성된 레이디얼 베어링 간극 및 스러스트 베어링 간극 사이에 유체 동압이 발생하고, 이 유체 동압으로 축부재가 비접촉 지지된다.

또한, 특허문헌 2에 기재되어 있는 베어링 장치는 원통형의 내주면을 가진 하우징과 그 내주에 고정된 베어링 슬리브와, 베어링 슬리브의 내주에 삽입된 축부재와, 축부재에 부착된 디스크 허브를 구비한다. 축부재의 회전시에는 축부재와 베어링 슬리브의 사이에 형성된 레이디얼 베어링 간극, 및 디스크 허브와 하우징의 사이에 형성된 스러스트 베어링 간극에 유체 동압이 발생하고, 이 유체 동압으로 축부재 및 디스크 허브가 비접촉 지지된다.

특허문헌 1 : 일본 특허 공개 2000-291648호 공보

특허문헌 2 : 일본 특허 공개 2005-188552호 공보

상기한 바와 같은 유체 베어링 장치는 정보 기기가 점점 고성능화됨에 따라 필요로 되는 높은 베어링 성능을 확보하기 위해 각 부품의 가공 정밀도나 조립 정밀도를 높이는 노력이 이루어지고 있다. 한편, 정보 기기의 저가격화의 경향에 따라 이러한 종류의 유체 베어링 장치에 대한 가격 저감의 요구도 점점 엄격해지고 있다.

최근의 유체 베어링 장치에서는 상기 요구에 부응하기 위해 베어링 장치의 고정체(예컨대, 하우징)나 회전체(예컨대, 축부재나 디스크 허브)의 수지화가 검토되고 있다. 한편, 유체 베어링 장치에서는 그 구조상, 베어링 간극을 통해 대향하는 회전체와 고정체의 일시적인 접촉 슬라이딩을 피할 수 없기 때문에 수지제의 부재가 마모될 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 높은 내구성을 갖고 있음과 아울러 저가격으로 제작 가능한 유체 베어링 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에서는 축부와, 축부와 일체 또는 별체로 부착된 허브부로 구성되는 회전체와, 내주에 축부가 삽입된 고정체를 구비하고, 고정체와 허브부 사이의 베어링 간극 사이에 형성한 유막으로 회전체를 회전 가능하게 지지하는 유체 베어링 장치에 있어서, 허브부의 적어도 베어링 간극에 면하는 부분을 폴리페닐렌 설파이드(PPS:polyphenylene sulfide)를 베이스 수지로 해서 충전재로서 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로 형성한 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 허브부의 적어도 베어링 간극에 접하는 부분을 수지 조성물로 형성함으로써 금속으로 형성하는 경우에 비해 저비용화, 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 본 발명자들의 검증에 의하면 허브부를 PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성하면 높은 내마모성이 얻어진다는 것이 명백해졌다. 이 수지 재료에 더욱이 충전재로서 탄소 섬유를 배합하면 강도나 내마모성이 보다 향상됨과 아울러 도전성을 부여할 수 있다. 이에 따라, 회전체와 고정체의 통전성이 확보되기 때문에 회전체에 정전기가 대전되는 것으로 인한 불량을 해소할 수 있다.

또한, 수지중에 있어서의 탄소 섬유의 배합량은 20∼35vol%의 범위내로 설정하면 좋다. 탄소 섬유의 배합량이 35vol%를 초과하면 사출 성형시에 있어서의 수지 재료의 유동성이 악화되고, 부품의 형성이 곤란하게 되고, 20vol%를 밑돌면 허브부에 필요한 강도를 얻을 수 없기 때문이다.

또한, 본 발명은 회전체와, 고정체와, 고정체와 회전체 사이의 베어링 간극에 형성한 유막으로 회전체를 회전 가능하게 지지하는 유체 베어링 장치에 있어서, 회전체와 고정체 중 적어도 베어링 간극을 통해 대향하는 부분을 모두 PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성한 것을 특징으로 한다.

이와 같이, 회전체와 고정체 중 적어도 베어링 간극을 통해 대향하는 부분을 수지 조성물로 형성하면 금속 재료로 형성하는 경우에 비해 저가격화, 경량화가 도모된다. 또한, 본 발명자들의 검증에 의하면 접촉 슬라이딩하는 부재를 모두 PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성하면 높은 내마모성이 얻어진다는 것이 명백해졌다.

상기 수지 재료를 충전재로 해서 탄소 섬유를 포함하는 것으로 하면 강도나 내마모성이 향상됨과 아울러 도전성을 부여할 수 있다. 일반적으로 수지는 절연 재료이기 때문에 상술한 바와 같이 각 부재를 수지화했을 경우, 공기와의 마찰에 의해 발생한 회전체의 정전기가 회전체에 대전되고, 자기 디스크와 자기 헤드 사이의 전위차를 발생시키거나 정전기의 방전에 의해 주변 기기의 손상을 초래할 우려가 있다. 이에 대하여, 수지 부재중의 충전재에 탄소 섬유를 포함시키면 회전측과 고정측의 통전성을 확보해서 이러한 불량을 해소할 수 있다.

이 경우, 수지중에 있어서의 탄소 섬유의 배합량은 10∼35vol%의 범위내로 설정하면 좋다. 탄소 섬유의 배합량이 35vol%를 초과하면 사출 성형시에 있어서의 수지 재료의 유동성이 악화되고, 부품의 형성이 곤란하게 된다. 또한, 10vol%를 밑돌면 탄소 섬유를 배합함에 따른 효과를 충분히 얻을 수 없다.

이상과 같은 수지 조성물에 배합하는 탄소 섬유로서는 강도나 탄성율이 우수한 특성을 가진 PAN계의 탄소 섬유를 사용할 수 있다.

또한, 이상과 같은 수지 조성물에 배합하는 탄소 섬유로서 에스펙트비(aspect ratio)가 6.5 이상인 것을 사용하면 보강 효과, 도전 효과 등이 한층 더 현저하게 발휘된다.

이상으로 설명한 유체 베어링 장치와, 로터 마그넷과, 스테이터 코일을 구비한 모터는 내마모성이 우수하고, 내구성이나 회전 정밀도의 면에서 우수한 특성을 갖는다.

[발명의 효과]

본 발명에 의하면 높은 내구성을 갖고 있음과 아울러 저가격으로 제작 가능한 유체 베어링 장치가 얻어진다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(1)를 포함하는 스핀들 모터의 단면도이다.

도 2는 유체 베어링 장치(1)의 단면도이다.

도 3은 베어링 슬리브(8)의 단면도이다.

도 4는 하우징(7)의 상단면도이다.

도 5는 유체 베어링 장치(101)의 단면도이다.

도 6은 유체 베어링 장치(201)의 단면도이다.

도 7은 유체 베어링 장치(301)의 단면도이다.

도 8은 유체 베어링 장치(401)의 단면도이다.

도 9는 실시예 1에 있어서의 실시예에 이용하는 수지 조성물의 재료 조성을 나타내는 도면이다.

도 10은 실시예 1에 있어서의 비교예에 이용하는 수지 조성물의 재료 조성을 나타내는 도면이다.

도 11은 실시예 1에 있어서의 평가 시험의 합격/불합격 판정 기준을 나타내는 도면이다.

도 12는 실시예 1에 있어서의 실시예의 시험 결과를 나타내는 도면이다.

도 13은 실시예 1에 있어서의 비교예의 시험 결과를 나타내는 도면이다.

도 14는 실시예2에 있어서의 참고예의 재료 조성을 나타내는 도면이다.

도 15는 실시예2에 있어서의 실시예의 비교 시험 결과를 나타내는 도면이다.

도 16은 실시예2에 있어서의 비교예의 비교 시험 결과를 나타내는 도면이다.

[부호의 설명]

1 : 유체 베어링 장치 2 : 축부

3 : 회전체 4a : 스테이터 코일

4b : 로터 마그넷 5 : 모터 브래킷

6 : 고정체 7 : 하우징

8 : 베어링 슬리브 9 : 허브부

10 : 뚜껑 부재 11 : 순환홈

R1, R2 : 레이디얼 베어링부 T1, T2 : 스러스트 베어링부

S : 씰 공간(sealing space)

이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1∼도 4에 의거하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(1)를 포함하는 정보 기기용 스핀들 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 사용되는 것으로, 축부(2)를 구비한 회전체(3)를 회전 가능하게 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치(1)와, 예컨대, 반경 방향의 갭을 통해 대향시킨 스테이터 코일(4a) 및 로터 마그넷(4b)과, 모터 브래킷(5)을 구비하고 있다. 스테이터 코일(4a)은 모터 브래킷(5)의 외경측에 부착되어 있고, 로터 마그넷(4b)은 회전체(3)의 외주에 부착되어 있다. 유체 베어링 장치(1)의 하우징(7)은 모터 브래킷(5)의 내주에 고정된다. 회전체(3)에는 도시되지 않았지만 자기 디스크 등의 디스크상 정보 기록 매체(이하, 간단히 디스크라 함)가 1매 또는 복수매유지된다. 이렇게 구성된 스핀들 모터에 있어서, 스테이터 코일(4a)에 통전되면 스테이터 코일(4a)과 로터 마그넷(4b)의 사이에 발생하는 전자력으로 로터 마그넷(4b)이 회전하고, 이에 따라, 회전체(3) 및 회전체(3)에 유지된 디스크가 일체로 회전한다.

도 2는 유체 베어링 장치(1)를 나타내고 있다. 이 유체 베어링 장치(1)는 고 정체(6)와, 고정체(6)에 대하여 상대 회전하는 회전체(3)로 구성된다. 고정체(6)는 하우징(7)과, 하우징(7)에 고정된 베어링 슬리브(8)를 구비하고, 회전체(3)는 축부(2)와, 하우징(7)의 개구측에 배치된 허브부를 구비한다. 또한, 설명의 편의상 축방향 양단에 형성된 하우징(7) 개구부 중 뚜껑 부재(10)로 밀봉된 측을 하측, 밀봉측의 반대측을 상측으로 하여 이하 설명한다.

허브부(9)는 별체로 형성된 축부(2)를 인서팅하여 수지 재료로 사출 성형하고, 하우징(7)의 개구측(상측)을 덮는 원반부(9a)와 원반부(9a)의 외주부로부터 축방향 하방으로 연장된 통상부(筒狀部)(9b)와 통상부(9b)의 외주에 설치된 디스크 탑재면(9c) 및 립부(rip portion)(9d)로 구성된다. 도시되지 않은 디스크는 원반부(9a)의 외주에 끼워 맞춰지고, 디스크 탑재면(9c)에 배치된다. 그리고, 도시되지 않은 적당한 유지 수단(클램퍼 등)에 의해 디스크가 허브부(9)에 유지된다.

축부(2)는 스테인레스강 등의 금속 재료로 형성된다. 축부(2)의 외주면(2a) 중 허브부(9)가 설치되어 있는 부분에는 환상홈(annular groove)(2e)이 형성되고, 축부(2)의 허브부(9)로부터의 빠지는 것을 방지하는 작용을 한다. 축부(2)의 하단에는 예컨대, 금속 재료로 형성된 플랜지부(20)가 나사 결합 등의 수단에 의해 고정된다.

베어링 슬리브(8)는 예컨대, 황동 등의 동 합금이나 알루미늄 합금 등의 금속 재료로 형성할 수 있고, 또는 소결 금속으로 이루어지는 다공질체로 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서는 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체에 의해 원통형으로 형성된다.

베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 전면 또는 일부 원통 영역에는 레이디얼 동압 발생부로서 복수의 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 본 실시형태에서는 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 동압홈(8a1, 8a2)을 헤링본 형상(herringbone shape)으로 배열한 영역이 축방향으로 격리되어 2개소 형성된다. 이 동압홈 형성 영역은 레이디얼 베어링면으로서 축부(2)의 외주면(2a)과 대향하고, 회전체(3)의 회전시에는 축부(2)의 외주면(2a) 사이에 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링부(R1, R2)의 레이디얼 베어링 간극을 형성한다(도 2 참조).

베어링 슬리브(8)의 하단면(8e)의 전면, 또는 일부 환상 영역에는 스러스트 동압 발생부로서 예컨대, 도시되진 않았지만 복수의 동압홈을 스파이럴 형상(spiral shape)으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압홈 형성 영역은 스러스트 베어링면으로서 플랜지부(20)의 상측 단면(20a)과 대향하고, 축부(2)[회전체(3)]의 회전시에는 플랜지부(20)의 상측 단면(20a) 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 2 참조).

하우징(7)은 금속 재료에 의해 원통형으로 형성되고, 그 축방향 양단을 개구한 형상을 이루고, 하측의 개구부를 뚜껑 부재(10)로 밀봉하고 있다. 하우징(7)의 상단면(7a)의 전면 또는 일부 환상 영역에는 스러스트 동압 발생부로서 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 동압홈(7a1)을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압홈(7a1) 형성 영역은 스러스트 베어링면으로서 허브부(9)의 원반부(9a)의 하측 단면(9a1)과 대향하고, 회전체(3)의 회전시에는 하측 단면(9a1)과의 사이에 후술하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다 (도 2 참조).

하우징(7)의 타단측을 밀봉하는 뚜껑 부재(10)는 금속 재료 또는 수지 재료로 형성되고, 하우징(7)의 하단 내주측에 설치된 단부(7b)에 고정된다. 여기서, 고정 수단은 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 접착[루즈 접착(loose bonding), 압입 접착을 포함함], 압입, 용착(예컨대, 초음파 용착), 용접(예컨대, 레이저 용접) 등의 수단을 재료의 조합이나 요구되는 결합 강도, 밀봉성 등에 맞춰서 적당히 선택할 수 있다.

하우징(7)의 내주면(7c)에는 베어링 슬리브(8)의 외주면(8b)이 예컨대, 접착(루즈 접착이나 압입 접착을 포함함), 압입, 용착 등의 적당한 수단으로 고정된다.

하우징(7)의 외주에는 상방을 향하여 점차 직경이 확대되는 테이퍼진 형상의 씰면(sealing surface)(7d)이 형성된다. 이 테이퍼진 형상의 씰면(7d)은 통상부(9b)의 내주면(9b1)과의 사이에 하우징(7)의 하방으로부터 상방을 향하여 반경 방향 치수가 점차 축소되는 환상의 씰 공간(S)을 형성한다. 이 씰 공간(S)은 회전체(3)의 회전시 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 외경측과 연통한다.

유체 베어링 장치(1)의 내부에는 윤활유가 충전되고, 윤활유의 유면은 항상 씰 공간(S)내에 유지된다. 윤활유로서는 여러가지가 사용 가능하지만, 특히 HDD 등의 디스크 구동 장치용의 유체 베어링 장치에 제공되는 윤활유로는 저증발율 및 저점도성이 요구되어 예컨대, 디옥틸 세바케이트(DOS:dioctyl sebacate), 디옥틸 아 젤레이트(DOZ:dioctyl azelate) 등의 에스테르계 윤활유가 바람직하다.

상술한 바와 같이 허브부(9)는 수지 재료로 형성되고, 허브부(9)의 원반부(9a)의 하측 단면(9a1)은 하우징(7)의 상단면(7a)의 스러스트 베어링면과 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 통해 대향한다. 모터의 기동 및 정지시 등에는 이들 베어링 간극을 통해 대향하는 면끼리가 접촉 슬라이딩하기 때문에 슬라이딩면의 마모는 피할 수 없다. 특히, 본 실시형태와 같이 하우징(7)이 금속제인 경우, 수지제의 허브부(9)의 마모가 진행하고, 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 간극폭이 과대해짐으로써 베어링의 스러스트 베어링부(T1)에 의한 지지력이 저하할 우려가 있다. 따라서, 허브부(9)로는 높은 내마모성을 가진 수지 재료를 선정할 필요가 있다.

또한, 허브부(9)의 수지 재료는 윤활유에 대한 내유성이나 사용시의 아웃가스(outgas) 발생량 또는 급수량을 낮게 억제할 필요가 있다. 또한 사용 분위기하에서의 온도 변화를 고려하여 높은 내열성도 요구된다.

허브부(9)를 형성하는 수지 조성물의 베이스 수지가 결정성 수지, 예컨대, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), 또는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK) 등이면 상기 조건(내마모성, 내유성, 저아웃가스성, 저흡수성, 내열성)을 충족시킨다. 이 중에서도 PPS는 다른 결정성 수지에 비해 염가에 입수 가능하고, 또한 형성시의 유동성(용융 점도)에도 뛰어난 수지이기 때문에 허브부(9)용의 베이스 수지로서 특히 적합하다.

그런데, PPS는 일반적으로 유화 나트륨과 파라디클로로벤젠의 중축합 반응에 의해 제조되고, 동시에 부생성물인 염화나트륨을 포함한다. 이 염화 나트륨이 베어링 내부에 충전되는 윤활 유체(예컨대, 윤활유) 중에 용출하면 윤활유의 열화나 점도 변화의 원인이 되고, 베어링 성능이 저하할 우려가 있다. 또한, 베어링이 HDD용일 경우, 이러한 금속 원소는 하드 디스크의 헤드상에 석출되고, 하드 디스크의 파손 원인이 된다.

이러한 불량을 방지하기 위해서, 적당한 용매를 사용하여 PPS를 세정할 필요가 있다. 세정하기 위한 용매로서는 적어도 10 이상의 비유전율을 가진 것이면 좋고, 바람직하게는 20 이상, 보다 바람직하게는 50 이상의 것이라면 더 좋다. 또한, 환경적인 면도 고려하면 예컨대, 물(비유전율 약 80)이 바람직하고, 특히 초순수(ultrapure water)가 바람직하다. 이러한 용매로 세정을 행함으로써 주로 PPS 말단기의 Na가 제거되기 때문에 PPS 중의 Na 함유량을 저감(예를 들면, 2000ppm 이하)시킬 수 있고, Na의 윤활유로의 용출을 방지할 수 있다. 또한, 말단기의 Na를 제거함으로써 결정화 속도가 빨라지는 장점도 갖는다.

PPS는 그 구조에 의해, 가교형 PPS와, 세미 리니어형 PPS와, 리니어형 PPS로 대별된다. 어느 PPS에 있어서도, Na 함유량이 2000ppm 이하인 것, 보다 바람직하게는 1000ppm 이하인 것, 더욱 바람직하게는 500ppm 이하의 것이라면 허브부(9)의 수지 조성물의 베이스 수지로서 사용 가능하지만, 이 중에서도 리니어형 PPS는 이 조건을 충족시키는 것이 많다. 이러한 수지 조성물을 사용함으로써 윤활유중으로의 Na 이온 용출량을 억제하고, 유체 베어링 장치(1)나, 회전체(3)에 유지된 디스크, 또는 디스크 헤드(도시 생략) 표면에 Na가 석출되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

상기 PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물에 강화 충전제(예를 들면 탄소 섬유, 유리 섬유 등)을 배합하면 허브부(9)의 고강도화가 도모됨과 아울러 허브부(9)의 온도 변화에 따른 치수 변화를 억제하여 높은 치수 안정성을 얻을 수 있다. 이 결과, 사용시에 있어서의 베어링 간극을 고정밀도로 제어하는 것이 가능해 진다. 이 중에서도, 이하의 특성을 가지기 때문에 탄소 섬유가 가장 바람직한 강화 충전제이다.

(1) 섬유 자체의 인장 강도가 높다.

(2) 모재와의 접착성이 높고, 소량의 첨가로 수지 조성물의 고강도화에 유효하게 작용한다.

(3) 저비중과 고강도 때문에, 허브부(9)의 경량화가 가능하다.

(4) 이온 용출이 발생하지 않기 때문에 상술한 이온 용출에 의한 불량이 일어나지 않는다.(예를 들면, 같은 섬유상의 강화제인 유리 섬유는 규산 화합물이기 때문에 경시적으로 미량의 실리콘이 용출할 가능성이 있다.)

(5) 탄소 섬유가 가지는 높은 도전성이 발현되어, 허브부(9)에 충분한 도전성(예컨대, 체적 저항으로 1.0X10⁶Ωㆍ㎝ 이하)을 부여할 수 있다. 이에 따라, 사용시에 디스크에 대전하는 정전기를 회전체(3) 및 고정체(6)를 통해 접지측 부재[모터 브래킷(5) 등]에 디시페이팅(dissipating)할 수 있다.

탄소 섬유에는 예컨대, PAN계나 Pitch계, 기상 합성계 등 여러가지가 사용 가능하지만, 보강 효과의 관점에서 비교적 높은 인장 강도(바람직하게는 3000㎫ 이상)을 가진 것이 바람직하고, 특히 높은 도전성을 겸비하는 것으로서는 PAN계 탄소 섬유가 바람직하다.

이 PAN계 탄소 섬유로서는 이하의 치수 범위인 것을 사용할 수 있다.

(1) 용융 수지를 혼합해서 사출 성형할 때에는 탄소 섬유가 재단되어서 단섬유화된다. 단섬유화가 진행되면 강도나 도전성 등의 저하가 현저하게 되고, 이들의 요구 특성을 만족하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 수지에 배합하는 탄소 섬유로서는 성형시의 섬유의 파손을 예상해서 약간 긴 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 평균 섬유 길이 100㎛ 이상(바람직하게는 1㎜ 이상)의 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

(2) 한편, 사출 성형 공정에 있어서는 금형내에서 경화한 수지를 인출하고, 이것을 다시 용융시켜서 버진 수지 조성물(virgin resin composition)과 혼합해서 재사용(리사이클링 사용)하는 경우가 있다. 이 경우, 일부의 섬유는 반복해서 리사이클링되게 되므로, 수지 중의 당초의 섬유 길이가 지나치게 길 경우에는 리사이클링에 따르는 재단에 의해 섬유가 당초의 섬유 길이에 비해 현저하게 짧아져서, 수지 조성물의 특성 변화(용융 점도의 저하 등)가 현저해진다. 특히, 용융 점도의 저하는 제품의 치수 정밀도에 영향을 주는 중요한 특성이다. 이러한 특성 변화를 최소한으로 억제하기 위해서 섬유 길이는 어느 정도 짧은 쪽이 바람직하고, 구체적으로는 평균 섬유 길이를 500㎛ 이하(바람직하게는 300㎛ 이하)로 하는 것이 바람직하다.

이상으로 설명한 탄소 섬유의 섬유 길이의 선택은 실제의 사출 성형 공정에서 어떤 수지 조성물을 사용할지에 의해 정할 수 있다. 예컨대, 버진 수지 조성물만을 사용할 경우, 또는 리사이클링 수지 조성물을 혼합 사용하고, 또는 버진 수지 조성물의 비율이 높을 경우에는 강도나 도전성 등의 저하를 억제하는 관점에서 또한, 탄소 섬유의 배합량을 저감할 수 있는 것에서 상기 (1)에서 진술한 치수 범위의 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 리사이클링 수지 조성물의 사용 비율이 높을 경우에는 리사이클링에 따르는 수지 조성물의 특성 변화를 억제하는 관점에서 상기 (2)에서 진술한 치수 범위의 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, (1) 및 (2) 중 어느 탄소 섬유라도 섬유 길이가 길수록 섬유끼리의 연결성이 향상하기 때문에 보강 효과나 도전 효과가 높아진다. 또한, 섬유 직경이 짧을수록 배합체수가 늘어나기 때문에 제품 품질의 균일화에 유효하다. 따라서, 탄소 섬유의 에스펙트비는 클수록 바람직하고, 구체적으로는 6.5 이상인 것이 바람직하다. 또한, 그 평균 섬유 직경은 작업성이나 입수성을 고려하면 5∼20㎛가 적당하다.

상술한 탄소 섬유에 의한 보강 효과나 정전 제거 효과 등을 충분히 발휘하기 위해서, 탄소 섬유의 베이스 수지로의 충전량은 20∼35vol%로 하는 것이 좋다. 이것은 탄소 섬유의 충전량이 20vol% 미만이면 허브부(9)에 디스크를 탑재하기 위해 필요한 강도, 특히 인장 강도가 얻어지지 않고, 충전량이 35vol%를 초과하면 허브부(9)의 성형성이 저하하고, 높은 치수 정밀도를 얻는 것이 곤란해지기 때문이다.

상기 베이스 수지(PPS)에 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물의 용융 점도는 캐버티(cavity)내를 용융 수지로 고정밀도로 충전하기 위해서 수지의 사출 성형시의 수지 조도, 쉐어 레이트(share rate) 1000s^-1에 있어서 500㎩ㆍs 이하로 억제하는 것이 좋다. 따라서, 베이스 수지(PPS)의 용융 점도는 탄소 섬유 등의 각종 충전제의 충전에 의한 점도 증가를 보상하기 위해서 상기 점도보다도 낮은 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 상기 조건하에서 300㎩ㆍs 이하인 것이 바람직하다.

이상으로 설명한 바와 같이, 허브부(9)를 수지 조성물로 형성하는 것은 금속 재료로 형성하는 경우에 비해 제조 가격이 저감되고, 경량화에 의한 내충격성의 향상도 도모된다. 또한, 수지 조성물의 베이스 수지를 PPS로 함으로써 내마모성이 향상되고, 베어링 장치의 기동, 정지시 등에 있어서의 고정체(6)[하우징(7)의 상단면(7a)의 스러스트 베어링면]와의 접촉 슬라이딩에 의한 마모를 억제할 수 있다. 또한, 탄소 섬유를 용도에 따라서 적량 배합함으로써 기계적 강도, 정전 제거성, 치수 안정성에도 뛰어난 허브부(9)를 얻을 수 있다.

본 실시형태에서는 허브부(9)에 금속제의 축부(2)를 인서팅(inserting)해서 수지로 일체 성형하여 회전체(3)를 형성한다. 실제의 베어링의 사용시에 있어서, 분위기 온도가 상승ㆍ하강함으로써 수지 재료는 팽창ㆍ수축한다. 이때, 인서팅 부재[축부(2)]와 수지부[허브부(9)]의 선팽창 계수의 차이가 과대하면 인서팅 부재와 수지부의 밀착 계면에서 박리 또는 변위가 발생할 우려가 있다.

또한, 디스크는 허브부(9)의 원반부(9a)의 외주에 끼워 맞춰져서 디스크 탑 재면(9c)에 배치된다. 허브부(9)와 디스크의 선팽창 계수의 차이가 과대하면 베어링의 사용시의 온도 변동에 의해 디스크의 내경과 허브부(9)의 원반부(9a)의 외주 사이의 간극이 부간극이 되고, 디스크에 불필요한 응력이 가해짐으로써 왜곡이 발생될 우려가 있다.

상기한 바와 같은 불량을 회피하기 위해서 허브부에 사용하는 수지 재료의 선팽창 계수는 상기 두개의 제한(인서팅 부재로부터의 제한, 디스크로부터의 제한)의 범위내가 되는 것을 선정할 필요가 있다.

상기 구성의 유체 베어링 장치(1)에 있어서, 축부(2)[회전체(3)]의 회전시, 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 레이디얼 베어링면이 되는 영역[상하 2개소의 동압홈(8a1, 8a2) 형성 영역]은 축부(2)의 외주면(2a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해 대향한다. 그리고, 축부(2)의 회전에 따라 상기 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 동압홈(8a1, 8a2)의 축방향 중심측에 압입되어 그 압력이 상승한다. 이러한 동압홈(8a1, 8a2)의 동압 작용에 의해 회전체(3)를 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 각각 구성된다.

이와 동시에, 하우징(7)의 상단면(7a)의 스러스트 베어링면이 되는 영역[동압홈(7a1) 형성 영역]과 이에 대향하는 허브부(9)의 원반부(9a)의 하측 단면(9a1)의 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)(동압홈 형성 영역)과 이에 대향하는 플랜지부(20)의 상측 단면(20a) 사이의 스러스트 베어링 간극 사이에 동압홈의 동압 작용에 의해 윤활유 유막이 각각 형성된다. 그리고, 이들 유막의 압력에 의해 회전체(3)를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스 트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 각각 구성된다.

본 발명에 있어서는 레이디얼 베어링 간극, 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극, 베어링 슬리브(8)의 상단면(8d)과 허브부(9)의 원반부(9a)의 하측 단면(9a1) 사이의 간극 및 순환홈(11)이 각각 윤활유로 충전된다. 이때, 윤활유를 각 간극[순환홈(11)을 포함함]을 순차 통과하도록 순환시키면 각 간극에서의 압력 발란스의 붕괴를 방지해서 부압 발생 방지에 기여할 수 있다. 도 3에서는 이러한 순환류의 발생 수단으로서 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 동압 발생부가 되는 동압홈(8a1)에 있어서, 상측 영역의 축방향 치수(X)를 하측 영역의 축방향 치수(Y)보다도 크게 함으로써 상측 영역과 하측 영역에서의 펌핑력의 차이를 형성한 구조를 예시하고 있다. 이 경우, 레이디얼 베어링 간극→제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극→순환홈(11)→베어링 슬리브(8)의 상단면(8d)과 허브부(9)의 원반부(9a)의 하측 단면(9a1) 사이의 간극의 순으로 윤활유를 순환시키는 것이 가능하다. 윤활유의 순환 방향은 이와 반대라도 좋고, 또한 특히 필요가 없으면 굳이 상하의 영역에서 동압홈에 펌핑력 차이를 부여할 필요도 없다.

이상, 본 발명의 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 본 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

도 5에 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(101)를 나타낸다. 이 유체 베어링 장치(101)는 축부(2)와 허브부(9)가 수지로 일체 성형됨과 아울러 하우징(107)이 수지로 형성되는 점에서 상기 제 1 실시형태와 다르다. 이 구성에 의하면 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 통해 대향하는 면, 즉 하우징(107)의 상단면(107a)과 허브부(9)의 원반부(9a)의 하측 단면(9a1)이 모두 수지로 형성된다. 이것들의 면은 모터의 기동 및 정지시 등에 접촉 슬라이딩되기 때문에 높은 내마모성을 가진 수지 재료로 형성할 필요가 있다.

이점을 감안하여, 후술하는 본 발명자들의 검증 결과에 의거하면 하우징(107) 및 허브부(9)를 함께 폴리페닐렌 설파이드(PPS)를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성함으로써 접촉 슬라이딩에 대한 충분한 내마모성이 얻어진다. 이 수지 조성물에 배합되는 탄소 섬유의 충전량은 10∼35vol%, 보다 바람직하게는 15∼25vol%로 하는 것이 좋다. 이것은 탄소 섬유의 충전량이 10vol% 미만이면 탄소 섬유에 의한 보강 효과나 정전 제거 효과가 충분히 발휘되지 않는 것 외에 하우징(107) 및 허브부(9)의 접촉 슬라이딩 부분에 있어서의 내마모성이 확보되지 않고, 충전량이 35vol%를 초과하면 하우징(107) 및 허브부(9)의 성형성이 저하되고, 높은 치수 정밀도를 얻는 것이 곤란해지기 때문이다. 그 밖의 수지 조성물의 조건은 상술한 유체 베어링 장치(1)의 허브부(9)와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

도 6에 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(201)를 나타낸다. 본 실시형태에 있어서, 회전체(3)가 되는 축부재(202)는 금속 재료로 형성된 축부(202a)와, 그 하단에 수지 재료로 형성된 플랜지부(202b)로 구성된 복합 구조를 이루고 있다. 고정체(6)는 하우징(207)과, 하우징(207)의 내주에 고정된 베어링 슬리브(208)와, 하우징(207)의 하측 개구부를 폐쇄하는 뚜껑 부재(210)로 구성된다. 하우징(207)의 상단부에는 내주측으로 돌출된 씰부(213)가 일체로 형성된다. 뚜껑 부재(210)의 상단면(210a)에는 도시되진 않았지만 예컨대, 복수의 동압홈을 스파이 럴 형상으로 배열한 영역이 형성됨과 아울러 베어링 슬리브(208)의 하단면(208c)에도 같은 형상으로 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 축부재(202)의 회전시에는 베어링 슬리브(208)의 하단면(208c)과 축부재(202)의 플랜지부(202b)의 상단면(202b1)의 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T11)가 형성되고, 뚜껑 부재(210)의 상단면(210a)과 플랜지부(202b)의 하단면(202b2)의 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T12)가 형성된다. 또한, 플랜지부(202b)는 수지만으로 형성하는 것 외에 금속제의 심금(心金)에 수지를 코팅한 복합 구조로 해도 좋다.

본 실시형태에 있어서, 축부재(202)의 플랜지부(202b) 및 뚜껑 부재(210)는 함께 PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성된다. 이에 따라, 유체 베어링 장치(201)의 저가격화, 경량화가 도모된다. 또한, 제 2 스러스트 베어링부(T12)의 스러스트 베어링 간극을 통해 대향하는 뚜껑 부재(210)와 플랜지부(202b)가 뛰어난 내마모성을 가질 수 있고, 모터의 기동, 정지시 등에 있어서의 양부재의 접촉 슬라이딩에 의한 마모가 억제된다.

도 7은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(301)를 나타내고 있다. 본 실시형태에 있어서, 고정체(6)를 구성하는 하우징(307)과 씰부(313)는 별체로 형성되고, 씰부(313)는 하우징(307)의 상단부 내주에 접착, 압입, 또는 용착 등의 수단에 의해 고정된다. 또한, 뚜껑 부재(310)는 하우징(307)과 일체로 수지 재료로 형 성형된다. 뚜껑 부재(310) 및 축부재(302)의 플랜지부(302b)는 함께 PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성된다. 또한, 본 실시형태에 의한 효과 및 상기 이외의 구성은 제 3 실시형태에 준하므로 설명을 생략한다.

이상의 실시형태에서는 하우징(7)과, 하우징(7)의 내주에 수용되는 베어링 슬리브(8)를 별체로 했을 경우를 설명했지만, 이들 하우징(7)과 베어링 슬리브(8)를 수지로 일체화할 수 있다[하우징(107, 207, 및 307)의 경우도 마찬가지임]. 도 8은 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(401)를 나타내는 것이다. 유체 베어링 장치(401)는 베어링 슬리브(408)와 하우징(407)이 일체 성형되고, 이 일체품이 고정체(6)를 구성하는 점에서, 상기 실시형태에 의한 유체 베어링 장치와 구성을 달리한다. 이 경우, 베어링 슬리브(408)의 내주면(408a)과 축부(2)의 외주면(2a)의 사이에 레이디얼 베어링 간극을 형성한다. 또한, 하우징(407)의 상측 단면(407a)과 허브부(9)의 원반부(9a)의 하측 단면(9a1)의 사이에 제 1 스러스트 베어링 간극을 형성하고, 베어링 슬리브(408)의 하측 단면(408b)과 축부(2)의 플랜지부(20)의 상측 단면(20a)의 사이에 제 2 스러스트 베어링 간극을 형성한다. 또한, 순환홈은 베어링 슬리브(408)를 관통하고, 상측 단면(408d) 및 하측 단면(408b)에 개구된 관통 구멍으로 구성된다. 또한, 이외의 구성은 제 1 실시형태에 준하므로 설명을 생략한다.

본 실시형태에 있어서, 하우징(407) 및 허브부(9)가 모두 PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성됨으로써 저가격화, 경량화가 도모된다. 또한, 제 1 스러스트 베어링 간극 및 레이디얼 베어링 간극을 통해 대향하는 부재가 뛰어난 내마모성을 갖고, 각 부재의 접촉 슬라이딩에 의한 마모를 억제할 수 있다.

이상의 실시형태에서는 충전제로서 탄소 섬유를 배합할 경우를 예시했지만, 사용하는 애플리케이션의 요구 특성을 만족하는 것이라면 탄소 섬유에 더해서 금속 섬유나 유리 섬유, 휘스커(whisker) 등의 무기물을 부가해도 상관없다. 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 내유성이 뛰어난 이형제로서 카본 블랙이 도전화제로서 각각 배합 가능하다.

또한, 이상의 제 1 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(1)(도 2참조), 제 2 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(101)(도 5 참조), 및 제 5 실시형태에 의한 유체 베어링 장치(401)(도 8 참조)에서는 하우징의 상단면에 복수의 동압홈을 배열한 스러스트 베어링면을 형성함과 아울러[제 1 스러스트 베어링부(T1)], 베어링 슬리브의 하단면에 복수의 동압홈을 배열한 스러스트 베어링면을 형성했을 경우를 설명했지만[제 2 스러스트 베어링부(T2)], 본 발명은 제 1 스러스트 베어링부(T1)만을 형성한 유체 베어링 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우, 축부(2)를 플랜지부(20)를 구비하지 않은 스트레이트 형상(straight shape)으로 할 수 있음과 아울러 하우징(7)을 뚜껑 부재(10)를 저부로 해서 일체로 수지 재료로 형성함으로써 저면을 가진 원통형의 형태로 할 수 있다.

또한, 이상의 실시형태에서는 레이디얼 베어링부(R1, R2) 및 스러스트 베어링부(T1, T2)로서 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압홈에 의해 윤활 유체의 동압 작용을 발생시키는 구성을 예시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아니다.

예를 들면, 레이디얼 베어링부(R1, R2)로서 도시되진 않았지만 축방향의 홈을 원주 방향의 복수 개소에 형성한 소위 스텝 형상의 동압 발생부, 또는 원주 방향에 복수의 원호면을 배열하고, 대향하는 축부(2)의 외주면(2a)과의 사이에, 쐐기 형상의 경방향 간극(wedge-shped axial gap)(베어링 간극)을 형성한 소위 다원호 베어링을 채용해도 좋다.

또는, 레이디얼 베어링면이 되는 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)을 동압 발생부로서의 동압홈이나 원호면 등을 형성하지 않은 진원상 내주면으로 하고, 이 내주면과 대향하는 축부(2)의 진원상 외주면(2a)에 의해 소위 진원 베어링을 구성할 수 있다.

또한, 스러스트 베어링부(T1, T2)의 한쪽 또는 쌍방은 마찬가지로 도시는 생략하지만 스러스트 베어링면이 되는 영역에 복수의 반경 방향 홈형상의 동압홈을 원주 방향으로 소정 간격으로 형성한 소위 스텝 베어링, 또는 파형 베어링(스텝형이 파형으로 된 것) 등으로 구성할 수도 있다.

또한, 이상의 실시형태에서는 고정체측에 레이디얼 베어링면 및 스러스트 베어링면이 형성될 경우를 설명했지만, 이들 동압 발생부가 형성되는 베어링면은 고정체측에 한정되지 않고, 이들에 대향하는 회전체측에 형성할 수도 있다.

< 실시예 1>

본 발명의 유용성을 밝히기 위해서 조성이 다른 복수의 수지 조성물로 허브부 모의 시험편을 작성하고, 유체 베어링 장치용의 허브부(회전체)의 요구 특성에 대한 평가를 행했다. 수지 조성물의 재료 조성은 도 9, 도 10에 나타낸다.

수지 조성물에 사용한 원료를 이하에 나타낸다.

(a) 베이스 수지종 및 용융 점도

리니어형 PPS : 다이니폰잉크 카가쿠코교(주)제, 그레이드;LC-5G, (용융 온 도 310℃, 쉐어 레이트 10³S^-1에 있어서의 용융 점도 280㎩ㆍs)

가교형 PPS(1) : 다이니폰잉크 카가쿠코교(주)제, 그레이드;T-4(용융 온도 310℃, 쉐어 레이트 10³S^-1에 있어서의 용융 점도 100㎩ㆍs)

가교형 PPS(2) : 다이니폰잉크 카가쿠코교(주)제, 그레이드;MB-600(용융 온도 310℃, 쉐어 레이트 10³S^-1에 있어서의 용융 점도 70㎩ㆍs)

폴리에테르 술폰(PES) : 스미토모 카가쿠코교(주)제, 그레이드;4100G

폴리카보네이트(PC) : 미쓰비시 엔지니어링 플라스틱(주)제, 그레이드;S-2000

(b) 충전제(탄소 섬유)

PAN계 탄소 섬유 : 토호 티낙스(주)제, 그레이드;HM35-C6S(섬유 직경 7㎛, 평균 섬유 길이;6㎜, 에스펙트비;857, 인장 강도;3240㎫)

Pitch계 탄소 섬유 : 미쓰비시 카가쿠(주)제, 그레이드;K223NM(섬유 직경 10㎛, 평균 섬유 길이;6㎜, 에스펙트비;600, 인장 강도;2400㎫)

(c) 충전제(도전화제)

카본 블랙 : 미쓰비시 카가쿠(주)제, 그레이드;#3350B(입자 직경;24㎚)

켓젠 블랙(Ketjenblack):라이온 아쿠조(주)제, 그레이드;EC600JD(입자 직경;34㎚)

(d) 충전제(무기물)

알보렉스(ALBOREX) : 시코쿠 카세이코교(주)제, 그레이드;Y(주요 구성 요소; 알루미늄 보레이트, 평균 직경 O.5∼1㎛, 평균 섬유 길이;10∼30㎛, 에스펙트비;10∼60)

티스모(TISMO) : 오츠카 카가쿠(주)제, 그레이드;N(주요 구성 요소;티타늄산 칼륨, 평균 직경0.3∼0.6㎛, 평균 섬유 길이;10∼20㎛, 에스펙트비;16∼66)

(e) 충전제(이형제)

PTFE : (주)키타무라제, 그레이드;KTL-620

평가 항목은 회전체 모의 시험편의 (1) 내마모성, (2) 도전성, (3) 이온 불용출성, (4) 인장 강도, (5) 평면도, (6) 선팽창 계수의 합계 6항목이다. 각 평가 항목의 평가 방법, 및 합격/불합격 판정 기준을 이하에 나타낸다.

(1) 내마모성

도 9, 도 10에 도시된 조성의 재료로 형성한 링 형상의 공시체를 윤활유중에서 디스크 형상의 슬라이딩 상대재(partner material for sliding)에 소정 하중으로 가압한 상태에서 디스크측을 회전시키는 링-온-디스크 시험(ring-on-disk test)으로 측정했다. 구체적으로는, φ21㎜(외경)×φ17㎜(내경)×3㎜(두께)의 링 형상 수지 성형체를 공시체로서 사용했다. 또한, 표면 거칠기(Ra) O.04㎛, φ30㎜(직경)×5㎜(두께)의 SUS420제의 디스크재를 슬라이딩 상대재로서 사용했다. 윤활유에는 디에스테르유로서 디(2-에틸헥실)아젤레이트를 사용했다. 이 윤활유의 40℃에 있어서의 동점도는 10.7㎟/s이다. 링-온-디스크 시험중, 공시체에 대한 슬라이딩 상대재의 면압은 0.25㎫, 회전 속도(주속)는 1.4m/min, 시험 시간은 14h, 유온은 80℃로 했다. 합격/불합격 판정 기준에 대해서, 링 마모 깊이에 관해서는 3㎛ 이하를 합격(○), 3㎛를 초과하는 것을 불합격(×)으로 하고, 슬라이딩 상대재의 마모 깊이에 관해서는 2㎛ 이하를 합격(○), 2㎛를 초과하는 것을 불합격(×)으로 했다.

(2) 도전성

도 9, 도 10에 도시된 조성의 재료로 형성한 시험편을 사용하고, JIS K 7194에 의한 사탐침법에 의해 체적 저항의 측정을 행했다. 합격/불합격 판정 기준은 1.0×10⁶Ωㆍ㎝ 이하를 합격(○), 1.0×10⁶Ωㆍ㎝를 초과하는 것을 불합격(×)으로 했다.

(3) 이온 불용출성

수지내에서 용매로의 이온 용출의 유무를 평가한다. 평가 방법은 도 9, 도 10에 도시된 조성의 재료로 형성한 시험편으로부터의 각종 이온 용출의 유무를 이온 크로마토그라피(ion chromatography)를 사용하여 확인했다. 구체적인 수순을 이하에 나타낸다.

(ⅰ) 빈 비이커에 초순수를 소정량 넣고, 그 중에 미리 초순수로 표면을 충분히 세정한 상기 시험편을 투입한다.

(ⅱ) 상기 비이커를 80℃로 가열한 항온조에 1시간 세팅하고, 시험편의 표면 및 내부에 함유된 이온을 초순수 중에 용출시킨다. 한편, 시험편을 투입하지 않은 순수만 들어간 비이커도 마찬가지로 80℃로 가열한 항온조에 1시간 세팅하고, 이것을 블랭크(blank)로 한다.

(ⅲ) 상기에서 준비한 시험편을 투입한 초순수에 함유된 이온량을 이온 크로 마토그라피에 의해 측정한다[측정값(A)]. 별도 블랭크에 함유된 이온량도 마찬가지로 측정한다[측정값(B)].

(ⅳ) 측정값(A)로부터 측정값(B)를 감산하고, 이온 용출의 유무를 확인한다.

또한, 합격/불합격 판정 기준으로서는 이온 크로마토그라피에 일반적으로 사용되는 컬럼(column)에 의해 분석 가능한 이온을 검출 대상 이온으로 했다. 이하에 나타내는 이온이 검출되지 않으면 합격(○), 검출되면 불합격(×)으로 했다.

검출 대상 이온 :

양 이온 ; Li⁺, Mg^{2 +}, Na⁺, Ca^{2 +}, K⁺, Sr^{2 +}, Rb⁺, Ba^{2 +}, Cs⁺, NH₄ ⁺

음 이온 ; F^-, N0^{3 -}，Cl^-, PO₄ ^{3 -}, N0^{2 -}, SO₄ ^{2 -}, Br^-, SO₃ ^{2 -}

(4) 인장 강도

도 9, 도 10에 도시된 조성의 재료로 형성한 JIS K7113에서 규정되는 1호 덤벨(dumbbell)을 이용하고, 인장 속도 10㎜/min으로 인장 강도를 평가했다. 합격/불합격 판정 기준은 100㎫ 이상을 합격(○)으로 하고, 이에 만족하지 않는 것을 불합격(×)으로 했다.

(5) 평면도

상기 실시형태에서 나타낸 수지제의 허브부(9)에 있어서, 성형면, 특히 디스크 탑재면(9c)의 평면도가 나쁘고, 탑재한 디스크에 불필요한 왜곡 응력을 발생시키고, 디스크 표면의 평활성이 악화되기 때문에 판독-기록 특성에 악영향을 끼칠 우려가 있다. 따라서, 허브부(9)를 형성하는 수지 조성물은 높은 평면도로 성형될 필요가 있다.

평가 방법을 이하에 나타낸다. 측면부에 직경 1㎜의 사이드 게이트(side gate)를 설치하고, φ10㎜(외경)×φ7㎜(내경)×2㎜(두께)의 구멍을 가진 원반상 성형체를 도 9, 도 10에 도시된 조성의 재료로 사출 성형하고, 이것을 평면도 시험용 시험편으로 한다. 이 시험편을 테일러 홉슨사(Taylor Hobson Ltd.)제 TALYROND의 회전 반상에 두고, 측정 직경 8㎜상에 프로브(probe)를 접촉시킨 시험편을 360°회전시켜서 시험편의 평면도를 측정했다. 합격/불합격 판정 기준은 평면도가 10㎛ 이하를 합격(○), 10㎛를 초과하는 것을 불합격(×)으로 했다.

(6) 선팽창 계수

수지 조성물의 선팽창 계수를 TMA(열기계 특성 분석 장치)를 이용해서 측정했다. 평가 방법을 이하에 나타낸다.

(ⅰ) 상기 (5) 평면도의 평가 시험에서 성형한 시험편의 게이트부를 절제하고, 그 절제 자국을 #2000의 에머리지(emery paper)로 연마한다.

(ⅱ) 시험편을 TMA에 세팅한다. 링 형상 시험편의 직경 방향의 열팽창량을 계측할 수 있게, 측정 프로브의 측정 방향이 시험편의 직경 방향이 되도록 세팅한다.

(ⅲ) 세팅된 시험편을 측정 하중은 0.05N, 측정 온도 영역은 25℃∼90℃, 승온 속도는 5℃/min, 분위기 가스는 질소인 환경하에서 열팽창량을 측정하고, 선팽창 계수를 산출했다. 또한, 본 시험에서는 시험편 성형시의 수지의 흐름 방향과 평 행한 직경 방향(MD)과, 흐름 방향과 직교하는 직경 방향(TD)의 2방향에 있어서 선팽창 계수를 측정했다.

합격/불합격 판정 기준은 (A) 인서팅 부재로부터의 제한, 및 (B) 디스크로부터의 제한을 받아서 설정된다. 또한, 본 평가 시험에 있어서, 인서팅 부재(축부)의 소재는 SUS420(25℃∼90℃에 있어서의 선팽창 계수;1.05×10^-5℃^-1), 디스크 소재는 유리(25℃∼90℃에 있어서의 선팽창 계수;O.65×10^-6℃^-1), 허브부와 디스크의 냉간시의 직경 간극은 0.010㎜, 냉간시의 허브부 외경은 5㎜, 사용 온도 영역은 25℃∼90℃로 했다.

(A) 인서팅 부재로부터의 제한:

수지부의 선팽창 계수를 인서팅 부재의 선팽창 계수의 4.0배 이내로 설정하면 허브부와 인서팅 부재의 밀착 계면에서의 박리나 변위를 회피할 수 있다. 따라서, 인서팅 부재로부터의 제한에 의한 수지 조성물의 선팽창 계수의 상한치는 4.2×10^-5℃^-1로 설정된다.

(B) 디스크로부터의 제한:

본 평가 시험의 조건하에서 사용 환경 온도가 최고가 될 때에 디스크와 허브부 사이의 간극이 부간극이 되지 않기 위해서는 수지 조성물의 선팽창 계수의 상한치는 3.7×10^-5℃^-1로 설정된다.

상기 두개의 제한을 받고, 본 평가 시험에서의 합격/불합격 판정 기준은 시 험편의 선팽창 계수가 3.7×10^-5℃^-1 이하이면 합격(○), 3.7×10^-5℃^-1을 초과하면 불합격(×)으로 설정된다.

상기 평가 시험의 합격/불합격 판정 기준을 정리한 것을 도 11에 나타낸다. 또한, 도 12, 도 13에 시험 결과를 나타낸다. 이 시험 결과에 나타낸 바와 같이, PPS(이온 용출이 적은 것)를 베이스 수지로 해서 탄소 섬유를 적량 배합한 실시예의 수지 조성물은 모든 평가 기준을 충족시키고 있으므로, 허브부를 형성하는 소재에 적합하다.

< 실시예 2>

또한, 본 발명의 유용성을 밝히기 위해서, 조성이 다른 복수의 수지 조성물에 대해서, 수지 조성물끼리의 접촉 슬라이딩에 대한 마모량의 평가 시험을 행했다. 베이스 수지로는 리니어형 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 가교형 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 또는 액정 폴리머(LCP)를 사용했다. 이들 베이스 수지에 4종류의 충전재를 적당히 배합하고, 도 14에 도시된 참고예(1∼7)의 수지 조성물을 형성했다.

수지 조성물에 사용한 원료를 이하에 나타낸다.

리니어형 폴리페닐렌 설파이드(PPS) : 다이니폰잉크 카가쿠코교(주)제, LC-5G(용융 온도 310℃, 쉐어 레이트 10³S^-1에 있어서의 용융 점도 280㎩ㆍs)

가교형 폴리페닐렌 설파이드(PPS) : 다이니폰잉크 카가쿠코교(주)제, T-4(용융 온도 310℃, 쉐어 레이트 10³S^-1에 있어서의 용융 점도 100㎩ㆍs)

액정 폴리머(LCP) : 폴리플라스틱스(주)제, A950(용융 온도 310℃, 쉐어 레 이트 10³S^-1에 있어서의 용융 점도 40㎩ㆍs)

탄소 섬유(PAN계) : 토호 티낙스(주)제, HM35-C6S(섬유 직경;7㎛, 평균 섬유 길이;6㎜, 인장 강도;3240㎫)

도전화제 : 미쓰비시 카가쿠(주)제, 카본 블랙(그레이드;#3350B, 평균 입자 직경;24㎚)

무기화합물 : 시코쿠 카세이코교(주)제, 알보렉스(그레이드;Y, 주요 구성 요소;알루미늄 보레이트, 평균 직경;0.5∼1.0㎛, 평균 섬유 길이;10∼30㎛, 형상;휘스커)

이형제 : (주)키타무라제, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)(KTL-620)

도 14에 도시된 배합비의 수지 조성물로, 고정측 부재가 되는 디스크 형상의 공시체 및 회전측 부재가 되는 링 형상의 공시체를 형성하고, 각각의 접촉 슬라이딩에 대한 마모량을 링-온-디스크 시험에 의해 측정했다. 이 시험은 디스크 형상의 공시체에 링 형상의 공시체를 소정 하중을 부하해서 가압하고, 양 공시체 사이에 윤활유를 개재시킨 상태에서 링 형상의 공시체를 소정의 조건하에서 회전시킨 후, 양 공시체의 마모 깊이를 측정하는 것이다. 그 밖의 시험 조건, 및 합격/불합격 판정 기준에 대해서는 상기 실시예 1과 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

도 15, 도 16에 시험 결과를 나타낸다. 도 16에 도시된 비교예(1∼4)와 같이, 링 형상의 공시체와 디스크 형상의 공시체를 형성하는 수지 조성물의 베이스 수지가 양 공시체 모두 LCP일 경우, 또는 어느 한쪽이 LCP이고 다른쪽이 PPS인 경 우는 양 공시체의 마모 깊이는 함께 기준값을 초과하기 때문에, 접촉 슬라이딩 마찰에 대한 충분한 내마모성을 갖는다고 말할 수 없다. 한편, 도 15에 도시된 실시예(1∼5)와 같이, 링 형상의 공시체와 디스크 형상의 공시체를 형성하는 수지 조성물의 베이스 수지가 양 공시체 모두 PPS일 경우, 양 부재의 마모 깊이는 함께 기준값을 밑돈다. 따라서, PPS를 베이스 수지로 하는 수지 조성물을 서로 슬라이딩하는 양 공시체로 선정하면 충분한 내마모성이 얻어진다.

Claims (8)

1. 축부와, 축부와 일체 또는 별체로 부착된 허브부로 구성되는 회전체와, 내주에 축부가 삽입된 고정체를 구비하고, 고정체와 허브부 사이의 베어링 간극에 형성한 유막으로 회전체를 회전 가능하게 지지하는 유체 베어링 장치에 있어서:

   상기 허브부의 적어도 베어링 간극 사이에 면하는 부분을 폴리페닐렌 설파이드(PPS)를 베이스 수지로 해서 충전재로서 탄소 섬유를 배합한 수지 조성물로 형성한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄소 섬유는 수지 조성물에 20∼35vol% 포함되는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
3. 회전체와, 고정체와, 상기 고정체와 상기 회전체 사이의 베어링 간극에 형성한 유막으로 회전체를 회전 가능하게 지지하는 유체 베어링 장치에 있어서:

   상기 회전체와 상기 고정체 중 적어도 베어링 간극을 통해 대향하는 부분을 모두 폴리페닐렌 설파이드(PPS)를 베이스 수지로 하는 수지 조성물로 형성한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 수지 조성물은 탄소 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 탄소 섬유는 상기 수지 조성물에 10∼35vol% 포함되는 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 탄소 섬유는 PAN계인 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
7. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

   상기 탄소 섬유의 에스펙트비는 6.5 이상인 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 유체 베어링 장치와, 로터 마그넷과, 스테이터 코일을 구비한 것을 특징으로 하는 모터.

Images