KR20080058325A

KR20080058325A - 유체 베어링 장치용 하우징

Info

Publication number: KR20080058325A
Application number: KR1020087003110A
Authority: KR
Inventors: 카즈토요 무라카미; 마사키 에가미; 켄지 이토; 이사오 코모리
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2005-09-06
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2008-06-25
Also published as: US8778242B2; CN101238300A; US20090302697A1; JP2007071275A; JP4901162B2; KR101289733B1; CN101238300B; WO2007029371A1; US20120126443A1

Abstract

다른 부재와의 압입력의 경시적인 저하가 억제되고, 장기간에 걸쳐 높은 베어링 성능이 유지되는 수지제의 유체 베어링 장치용 하우징을 제공한다. 80℃의 분위기 온도에서 80㎫의 면압을 168시간 부하했을 때의 압축 크리프량이 8% 이하인 수지조성물로 형성된 하우징은 제품 수명 상당 기간 사용한 후에도 압입력을 수반하여 고정된 다른 부재, 예컨대, 하우징 내주에 압입된 베어링 슬리브와 충분한 고정력을 갖는다. 따라서, 하우징과 다른 부재의 고정 위치가 어긋나는 일은 없고, 장기간에 걸쳐 높은 베어링 성능이 유지된다.

유체 베어링 장치, 하우징

Description

유체 베어링 장치용 하우징{HOUSING FOR FLUID BEARING DEVICE}

본 발명은 유체 베어링 장치용 하우징에 관한 것이다. 이 하우징을 갖는 유체 베어링 장치는 정보기기, 예컨대 HDD, FDD 등의 자기디스크 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 모터용 베어링 장치로서 바람직하다.

상기 각종 모터에는 고속 회전 정밀도 외에 고속화, 저비용화, 저소음화 등이 요구되고 있다. 이들 요구 성능을 결정짓는 구성 요소의 하나로 상기 모터의 스핀들을 지지하는 베어링이 있고, 최근에는 이러한 종류의 베어링으로서, 상기 요구 성능이 우수한 특성을 갖는 유체 베어링의 사용이 검토되거나, 또는 실제로 사용되고 있다.

이러한 종류의 유체 베어링은 베어링 간극 내의 윤활 유체에 동압을 발생시키기 위한 동압 발생부를 구비한 동압베어링과, 동압 발생부를 구비하지 않는, 소위 원통형 베어링(베어링 단면이 원통 형상인 베어링)으로 크게 나누어진다.

상기 유체 베어링 장치는 하우징이나 베어링 슬리브, 축부재 등의 부품으로 구성되고, 정보기기가 점점 고성능화됨에 따라 필요로 되는 높은 회전 성능을 확보 하기 위해 각 부품의 치수 정밀도나 조립 정밀도를 높이는 노력이 이루어지고 있다. 한편, 정보기기의 저가격화의 경향에 따라 이러한 종류의 유체 베어링 장치에 대한 비용 저감의 요구도 점점 엄격해지고 있다. 이들 요구를 수용하여, 최근에는 특허문헌1에 개시되어 있는 바와 같이, 유체 베어링 장치의 구성 부품인 하우징을 수지 재료로 성형하는 것도 있다.

특허문헌1: 일본 특허 공개 2003-314534호 공보

상기와 같은 수지제의 하우징의 내주에 베어링 슬리브나 시일 부재 등의 다른 부재를 고정하는 방법은 고정력이나 임시 위치 결정을 고려하면 압입, 압입 접착(접착제 개재하에서의 압입) 등의 압입력을 수반하는 방법이 바람직하다. 그러나, 수지제의 하우징은 금속제의 것과 비교해서 크리프(creep) 내성 특성이 뒤떨어지기 때문에 다른 부재와의 압입력, 즉 고정력은 경시적인 저하가 크다. 따라서, 베어링 장치에 낙하 충격 등의 과대 하중이 가해졌을 때, 다른 부재와 하우징의 고정 위치가 어긋나 베어링 성능의 저하 등의 문제를 초래할 우려가 있다.

그래서, 본 발명은 다른 부재와의 고정력의 경시적인 저하가 억제되고, 장기간에 걸쳐 높은 베어링 성능이 유지되는 수지제의 유체 베어링 장치용 하우징의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 유체 베어링 장치용 하우징은 다른 부재와 압입력을 수반하여 고정되고, 적어도 다른 부재와 압입력을 수반하여 접하는 부분이 수지조성물로 형성되고, 상기 수지조성물은 80℃의 분위기 온도에서 80㎫의 면압을 168시간 부하했을 때의 압축 크리프량이 8% 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명자들의 검증에 의하면, 80℃의 분위기 온도에서 80㎫의 면압을 168시간 부하했을 때의 압축 크리프량이 8% 이하인 수지조성물로 형성된 하우징은 장기간(예컨대 제품 수명 상당 기간) 사용한 후에도 압입력을 수반하여 고정된 다른 부재와의 충분한 고정력을 갖는 것이 판명되었다. 따라서, 상기 조건을 만족하는 수지조성물로 하우징을 형성하면 장기간에 걸쳐 하우징과 다른 부재의 고정력이 보증되기 때문에 다른 부재와의 고정 위치가 어긋나는 일은 없어 높은 베어링 성능이 유지된다.

예컨대, HDD 등의 디스크 구동 장치의 스핀들 모터에 조립되는 유체 베어링 장치에 있어서 하우징을 수지화했을 경우, 일반적으로 수지는 절연재료이기 때문에 디스크와 공기의 마찰에 의해 발생된 정전기가 디스크 허브 등에 대전되고, 자기디스크와 자기헤드 간의 전위차가 생기거나, 정전기의 방전에 의해 주변기기의 손상을 초래할 우려가 있다. 하우징을 형성하는 수지조성물의 체적 저항률을 10⁷Ωㆍ㎝ 이하로 설정하면 하우징의 통전성이 확보되기 때문에 정전기의 대전을 방지할 수 있다.

결정성 수지는 내마모성, 내유성, 저아웃 가스성(low out-gas property), 저흡수성, 내열성이 우수한 특성을 갖기 때문에, 유체 베어링 장치용 하우징용의 베이스 수지로서 적합하다. 그 중에서도 폴리페닐렌술피드(PPS)는 저렴하게 입수가능하고, 또한 성형시의 유동성(용융 점도)도 우수한 수지이기 때문에 특히 바람직하다.

이상에 서술한 하우징과, 하우징의 내주에 고정되는 베어링 슬리브와, 축을 구비한 유체 베어링 장치는 하우징과 베어링 슬리브의 고정력의 경시적인 저하가 억제되어 장기간에 걸쳐 높은 베어링 성능이 얻어진다.

상기 유체 베어링 장치와, 회전자 자석과, 고정자 코일을 갖는 모터는 장기간에 걸쳐 사용가능하다.

<발명의 효과>

본 발명에서는 유체 베어링 장치용 하우징을 우수한 크리프 내성 특성을 갖는 수지조성물로 형성하기 때문에 베어링 슬리브 등의 다른 부재와의 고정력의 경시적인 저하가 억제된다. 따라서, 장기간 사용해도 하우징과 다른 부재의 고정 위치가 어긋나는 일이 없고, 베어링 강성이나 베어링의 회전 성능의 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(1)를 조립한 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 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(11)의 단면도이 다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(21)의 단면도이다.

도 7은 실시품, 비교품의 재료 조성을 나타내는 도면이다.

도 8은 실시품, 비교품의 시험 결과를 나타내는 도면이다.

도 9는 압축 크리프(C)와 발거력(拔去力,extraction force)) 저하율(D)의 관계를 나타내는 도면이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 : 유체 베어링 장치 2 : 축

3 : 회전부재 4 : 고정자 코일

5 : 회전자 자석 6 : 모터 브래킷

7 : 하우징 8 : 베어링 슬리브

9 : 허브부 10 : 덮개부재

R1,R2 : 레이디얼 베어링부 T1,T2 : 스러스트 베어링부

S : 시일 공간

이하, 본 발명의 제 1 실시형태를 도 1~도 4에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(1)를 조립한 정보기기용 스핀들 모터의 일구성예를 개념적으로 나타내고 있다. 이 스핀들 모터는 HDD 등의 디스크 구동 장치에 이용되는 것으로, 축(2)을 구비한 회전부재(3)를 회 전가능하게 비접촉 지지하는 유체 베어링 장치(1)와, 예컨대 반경 방향의 갭을 통해서 대향시킨 고정자 코일(4) 및 회전자 자석(5)과, 모터 브래킷(6)을 구비하고 있다. 고정자 코일(4)은 모터 브래킷(고정 부재)(6)의 외경측에 설치되고, 회전자 자석(5)은 회전부재(3)의 외주에 설치되어 있다. 유체 베어링 장치(1)의 하우징(7)은 모터 브래킷(6)의 내주에 고정된다. 회전부재(3)에는, 도시는 생략하지만, 자기디스크 등의 디스크형 정보 기록 매체(이하, 단지 디스크라고 한다.)가 1 또는 복수매 유지된다. 이와 같이 구성된 스핀들 모터에 있어서, 고정자 코일(4)에 통전하면, 고정자 코일(4)과 회전자 자석(5) 사이에 발생되는 전자력에 의해 회전자 자석(5)이 회전하고, 이것에 따라, 회전부재(3) 및 회전부재(3)에 유지된 디스크가 축(2)과 일체로 회전한다.

도 2는 유체 베어링 장치(1)를 나타내고 있다. 이 유체 베어링 장치(1)는 하우징(7)과, 하우징(7)에 고정된 베어링 슬리브(8)와, 하우징(7) 및 베어링 슬리브(8)에 대하여 상대 회전하는 회전부재(3)를 주로 구비하고 있다. 또한, 설명의 편의상, 축방향 양단에 형성되는 하우징(7) 개구부 중 덮개부재(10)로 봉구(封口)되는 쪽을 하측, 봉구측과 반대인 측을 상측으로 하여 이하 설명한다.

회전부재(3)는 예컨대 하우징(7)의 개구측에 배치되는 허브부(9)와, 베어링 슬리브(8)의 내주에 삽입되는 축(2)을 구비하고 있다.

허브부(9)는 금속 재료 또는 수지 재료로 형성되고, 하우징(7)의 개구측(상측)을 덮는 원반부(9a)와, 원반부(9a)의 외주부로부터 축방향 하방으로 연장된 통형상부(9b)와, 통형상부(9b)의 외주에 설치된 디스크 탑재면(9c) 및 플랜지부(9d) 로 구성된다. 도시되어 있지 않은 디스크는 원반부(9a)의 외주에 외부로부터 끼워지고, 디스크 탑재면(9c)에 적재된다. 그리고, 도시하지 않은 적절한 유지수단(클램퍼 등)에 의해 디스크가 허브부(9)에 유지된다.

축(2)은 이 실시형태에서는 허브부(9)와 일체로 형성되고, 그 하단에 빠짐 방지로 하여 플랜지부(2b)를 별체로 구비하고 있다. 플랜지부(2b)는 금속제이고, 예컨대 나사결합 등의 수단에 의해 축(2)에 고정된다.

베어링 슬리브(8)는 예컨대 놋쇠 등의 구리합금이나 알루미늄합금 등의 금속 재료로 형성할 수 있고, 또는, 소결 금속으로 이루어지는 다공질체로 형성할 수도 있다. 이 실시형태에서는 구리를 주성분으로 하는 소결 금속의 다공질체로 원통 형상으로 형성된다.

베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 전체면 또는 일부 원통영역에는 레이디얼 동압 발생부로서 복수의 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 이 실시형태에서는, 예컨대 도 3에 나타내는 바와 같이, 복수의 동압홈(8a1,8a2)을 헤링본 형상으로 배열한 영역이 축방향으로 이격되어 2개소 형성된다. 이 동압홈 형성 영역은 레이디얼 베어링면으로서, 축(2)의 외주면(2a)과 대향하고, 회전부재(3)의 회전시에는 축(2)의 외주면(2a)과의 사이에 제 1 및 제 2 레이디얼 베어링부(R1,R2)의 레이디얼 베어링 간극을 형성한다(도 2를 참조).

베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)의 전체면 또는 일부 환상 영역에는 스러스트 동압 발생부로서, 예컨대 도시는 생략하지만, 복수의 동압홈을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 동압홈 형성 영역은 스러스트 베어링면으로서, 플랜지 부(2b)의 상단면(2b1)과 대향하고, 회전부재(3)의 회전시에는 상기 상단면(2b1)과의 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T2)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 2를 참조).

하우징(7)은 수지 재료로 원통 형상으로 형성된다. 이 실시형태에서는 하우징(7)은 그 축방향 양단을 개구한 형상을 이루고, 그 하단측을 덮개부재(10)로 봉구하고 있다. 상단면의 전체면 또는 일부 환상 영역에는 스러스트 베어링면(7a)이 설치된다. 이 실시형태에서는 스러스트 베어링면(7a)에 스러스트 동압 발생부로서, 예컨대 도 4에 나타내는 바와 같이 복수의 동압홈(7a1)을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성된다. 이 스러스트 베어링면(7a)(동압홈(7a1) 형성 영역)은 허브부(9)의 원반부(9a)의 하단면(9a1)과 대향하고, 회전부재(3)의 회전시에는 상기 하단면(9a1)과의 사이에 후술하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극을 형성한다(도 2를 참조).

하우징(7)의 타단측을 봉구하는 덮개부재(10)는 금속 재료 또는 수지 재료로 형성되고, 하우징(7)의 타단 내주측에 형성된 단차부(7b)에 고정된다. 여기서, 고정 수단은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 접착(루즈 접착(loose adhesion), 압입 접착을 포함함), 압입, 용착(예컨대 초음파 용착), 용접(예컨대 레이저 용접) 등의 수단을 재료의 조합이나 요구되는 조립 강도, 밀봉성 등에 맞추어 적절하게 선택할 수 있다.

하우징(7)의 내주면(7c)에는 베어링 슬리브(8)의 외주면(8b)이 압입, 압입 접착 등의 압입력을 수반하는 방법으로 고정된다.

하우징(7)의 외주에는 상방을 향해 점차 확경되는 테이퍼 형상의 시일면(7d)이 형성된다. 이 테이퍼 형상의 시일면(7d)은 통형상부(9b)의 내주면(9b1)과의 사이에 하우징(7)의 봉구측(하방)으로부터 개구측(상방)을 향해 반경 방향 치수가 점차 축소된 환상의 시일 공간(S)을 형성한다. 이 시일 공간(S)은 축(2) 및 허브부(9)의 회전시에 제 1 스러스트 베어링부(T1)의 스러스트 베어링 간극의 외경측과 연통하고 있다.

또한, 하우징(7)의 외주의 하단에는 접착 고정면(7e)이 형성된다. 접착 고정면(7e)은, 이 실시형태에서는 지름이 일정한 원통 형상을 이루고, 모터 브래킷(6)의 내주면(6a)에 접착, 압입 접착 등의 수단에 의해 고정된다. 이것에 의해, 유체 베어링 장치(1)가 모터에 조립된다.

유체 베어링 장치(1)의 내부에는 윤활유가 충전되고, 윤활유의 오일면은 항상 시일 공간(S) 내에 유지된다. 윤활유로서는 여러가지의 것이 사용가능하지만, 특히 HDD 등의 디스크 구동 장치용 유체 베어링 장치에 제공되는 윤활유에는 저증발율 및 저점도성이 요구되고, 예컨대 디옥틸세바케이트(DOS), 디옥틸아젤레이트(DOZ) 등의 에스테르계 윤활유가 바람직하다.

상술한 바와 같이, 수지 재료로 형성된 하우징(7)의 내주면(7c)에는 베어링 슬리브(8)의 외주면(8b)이 압입력을 수반하여 고정된다. 이 압입력은 수지의 크리프 특성에 의해 경시적으로 저하된다. 하우징(7)을 형성하는 수지조성물의 크리프 내성 특성이 나쁘면 압입력, 즉 하우징(7)과 베어링 슬리브(8)의 고정력의 경시적인 저하가 커진다. 하우징(7)을 형성하는 수지조성물로서, 80℃의 분위기 온도에서 80㎫의 면압을 168시간 부하했을 때의 압축 크리프량이 8% 이하인 것을 선정하면, 장기간(예컨대 제품 수명 상당 기간) 사용한 후에도 베어링 슬리브(8)와의 충분한 고정력을 갖는 하우징(7)이 얻어진다.

하우징(7)이 우수한 크리프 내성 특성을 가지면, 베어링 슬리브(8)와의 고정력에 한정되지 않고, 예컨대, 덮개부재(10)나 모터 브래킷(6)이 하우징(7)과 압입력을 수반하여 고정되는 경우에도 고정력의 경시적인 저하를 억제할 수 있다.

또한, 하우징(7)의 상단면에 있는 스러스트 베어링면(7a)은 허브부(9)의 원반부(9a)의 하단면(9a1)과 스러스트 베어링 간극을 통해서 대향하기 때문에, 모터의 기동, 정지시 등에는 이들 베어링 간극을 통해서 대향하는 면끼리의 접촉 슬라이딩에 의한 슬라이딩면의 마모는 피할 수 없다. 특히 동압홈이 형성되어 있는 부분은, 동압홈의 홈 깊이는 10㎛ 이내로 미소하기 때문에, 마모가 진행되면 베어링의 지지력이 발생되지 않게 될 우려가 있다. 따라서, 하우징(7)에는 높은 내마모성을 갖는 수지 재료를 선정할 필요가 있다.

또한, 하우징(7)의 수지 재료에는 윤활유에 대한 내유성이 요구되고, 이 그 외에도 사용시의 아웃 가스 발생량이나 흡수량을 낮게 억제하는 것이 필요하다. 또한, 사용 분위기하에서의 온도 변화를 고려하여 높은 내열성도 요구된다.

하우징(7)을 형성하는 수지조성물의 베이스 수지로서, 결정성 수지(PPS, LCP, PEEK 등)이면 상기 조건(내마모성, 내유성, 저아웃 가스성, 저흡수성, 내열성)을 만족한다. 그 중에서도 PPS는 다른 결정성 수지에 비해서 저렴하게 입수가능하고, 또한 성형시의 유동성(용융 점도)도 우수한 수지이기 때문에 하우징(7)용 베 이스 수지로서 특히 적합하다.

그런데, 폴리페닐렌술피드(PPS)는 일반적으로 황화나트륨과 파라디클로로벤젠의 중축합 반응에 의해 제조되지만, 동시에 부생성물인 염화나트륨을 포함한다. 그 때문에, 적절한 용매를 이용하여 폴리페닐렌술피드(PPS)를 세정할 필요가 있다. 세정하기 위한 용매로서는 적어도 10 이상의 비유전율을 갖는 것이면 되고, 바람직하게는 20 이상, 보다 바람직하게는 50 이상인 것이면 더욱 좋다. 또한 환경면도 고려하면, 예컨대 물(비유전율 약 80)이 바람직하고, 특히 초순수가 바람직하다. 이러한 용매로 세정을 행함으로써 주로 폴리페닐렌술피드(PPS) 말단기의 Na가 제거되기 때문에 폴리페닐렌술피드(PPS) 중의 Na 함유량을 저감(예컨대, 2000ppm 이하)시킬 수 있고, 하우징(7)을 형성하는 수지 재료로서 사용 가능하게 된다. 또한, 말단기의 Na를 제거함으로써 결정화 속도가 빨라지는 장점도 가진다.

PPS는 그 구조에 따라 가교형 PPS와, 세미 리니어형 PPS와, 리니어형 PPS로 크게 나누어진다. 어느 PPS이여도, Na 함유량이 2000ppm 이하인 것, 보다 바람직하게는 1000ppm 이하인 것, 보다 바람직하게는 500ppm 이하인 것이면 허브부(9)용 수지조성물의 베이스 수지로서 사용가능하지만, 그 중에서 리니어형 PPS는 이 조건을 만족하는 것이 많다. 이 조건을 만족하는 수지조성물을 사용함으로써, 윤활유 중으로의 Na 이온 용출량을 억제하고, 유체 베어링 장치(1)나, 회전부재(3)에 유지된 디스크, 또는 디스크 헤드(도시생략) 표면에 Na가 석출되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

상기 수지 재료에는 충전재로서 탄소 섬유가 배합 가능하다. 이것에 의하면, 하우징(7)의 고강도화가 도모됨과 아울러, 하우징(7)의 온도 변화에 따른 치수 변화를 억제하여 높은 치수 안정성을 얻을 수 있다. 이 결과, 사용시에 있어서의 스러스트 베어링 간극을 고정밀도로 제어할 수 있게 된다. 또한, 탄소 섬유를 베이스 수지에 배합함으로써 탄소 섬유가 가지는 높은 도전성이 발현되고, 하우징(7)에 충분한 도전성(예컨대 체적 저항으로 10⁷Ωㆍ㎝ 이하)을 부여할 수 있다. 이것에 의해, 사용시에 디스크에 대전되는 정전기를 회전부재(3) 및 하우징(7)(또한 베어링 슬리브(8)를 경유하는 경우도 있음)을 통해서 접지측 부재(모터 브래킷(6) 등)에 내보낼 수 있다.

탄소 섬유에는 예컨대 PAN계나 Pich계, 기상합성계(vapor phase synthesis type) 등 여러가지의 것이 사용가능하지만, 보강 효과의 관점으로부터 비교적 높은 인장 강도(바람직하게는 3000㎫ 이상)를 갖는 것이 바람직하고, 특히 높은 도전성을 아울러 가지는 것으로서는 PAN계 탄소 섬유가 바람직하다.

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

(1) 용융 수지를 혼련해서 사출 성형할 때에는 탄소 섬유가 재단되어 단섬유화된다. 단섬유화가 진행되면 강도나 도전성 등의 저하가 현저하게 되고, 이들 요구 특성을 만족하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 수지에 배합되는 탄소 섬유로서는 성형시의 섬유의 벤딩(bending)을 예상하여 약간 긴 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 평균 섬유 길이 100㎛ 이상(보다 바람직하게는 1㎜ 이상)의 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

(2) 한편, 사출 성형 공정에 있어서는 금형 내에서 경화된 수지를 인출하고, 이것을 다시 용융시켜 버진(virgin) 수지조성물과 혼련해서 재사용(리사이클 사용)할 경우가 있다. 이 경우, 일부의 섬유는 반복적으로 리사이클되게 되므로, 수지 중의 당초의 섬유 길이가 지나치게 길 경우에는 리사이클에 따른 재단에 의해 섬유가 당초의 섬유 길이에 비해 현저하게 짧아져서 수지조성물의 특성 변화(용융 점도의 저하 등)가 현저해진다. 특히 용융 점도의 저하는 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.

이상에서 서술한 탄소 섬유의 섬유 길이의 선택은 실제의 사출 성형 공정에서 어떠한 경력의 수지조성물을 사용하는가에 따라 정할 수 있다. 예컨대 버진 수지조성물만을 사용할 경우, 또는 리사이클 수지조성물을 혼합 사용할 경우에, 또한 버진 수지조성물의 비율이 많을 경우에는 강도나 도전성 등의 저하를 억제하는 관점에서, 또한, 탄소 섬유의 배합량을 저감할 수 있는 것에서, 상기 (1)에서 서술한 치수 범위의 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 반대로 리사이클 수지조성물의 사용 비율이 많을 경우에는 리사이클에 따른 수지조성물의 특성 변화를 억제하는 관점에서, 상기 (2)에서 서술한 치수 범위의 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, (1) 및 (2) 중 어느 탄소 섬유에서도 탄소 섬유의 섬유 지름이 가늘수록 배합 개수가 증가되기 때문에, 제품 품질의 균일화에 유효하고, 또한 그 어스펙 트비가 클수록 섬유 보강에 의한 보강 효과도 높아진다. 따라서, 탄소 섬유의 어스펙트비는 클수록 바람직하고, 구체적으로는 6.5 이상의 어스펙트비가 바람직하다. 또한, 그 평균 섬유 지름은 작업성이나 입수성을 고려하면 5~20㎛가 적절하다.

상술의 탄소 섬유에 의한 보강 효과나 정전 제거 효과 등을 충분히 발휘하기 위해서 탄소 섬유의 베이스 수지로의 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, 다른 부재와의 슬라이딩 부분에 있어서의 하우징(7)의 내마모성, 특히 슬라이딩 상대재의 내마모성이 확보되지 않고, 충전량이 35vol%를 넘으면 하우징(7)의 성형성이 저하되고 높은 치수 정밀도를 얻는 것이 곤란해지기 때문이다.

상기 베이스 수지에 탄소 섬유를 배합한 수지조성물의 용융 점도는 캐버티 내를 용융 수지로 고정밀도로 충전하기 위해서 수지의 사출 성형시의 수지온도로, 전단 속도 1000s^-1에서 500Paㆍs 이하로 억제하는 것이 좋다. 따라서, 베이스 수지의 용융 점도는 탄소 섬유 등의 각종 충전제의 충전에 의한 점도 증가를 보상하기 위해서도 상기 조건하에서 300Paㆍs 이하인 것이 바람직하다.

이상에서 서술한 바와 같이, 하우징(7)을 상술의 수지조성물로 형성하면, 우수한 크리프 내성 특성에 추가로, 고내유성이나 저아웃 가스성, 성형시의 고유동성, 저흡수성, 고내열성을 구비한 하우징(7)을 형성할 수 있다. 이것에 의해, 유체 베어링 장치(1) 및 이 베어링 장치를 조립한 디스크 구동 장치의 장기간에 걸친 내 구성, 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 탄소 섬유를 용도에 따라 적당량 배합함으로써 기계적 강도, 내충격성, 성형성, 치수 안정성, 정전 제거성도 우수한 하우징(7)을 얻을 수 있다.

상기 구성의 유체 베어링 장치(1)에 있어서, 축(2)(회전부재(3))의 회전시, 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)의 레이디얼 베어링면이 되는 영역(상하 2개소의 동압홈(8a1,8a2) 형성 영역)은 축(2)의 외주면(2a)과 레이디얼 베어링 간극을 통해서 대향된다. 그리고, 축(2)의 회전에 따라 상기 레이디얼 베어링 간극의 윤활유가 동압홈(8a1,8a2)의 축방향 중심측으로 들어가며, 그 압력이 상승된다. 이와 같은 동압홈(8a1,8a2)의 동압작용에 의해 축(2)을 레이디얼 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 레이디얼 베어링부(R1)와 제 2 레이디얼 베어링부(R2)가 각각 구성된다.

이것과 동시에, 하우징(7)의 스러스트 베어링면(7a)(동압홈(7a1) 형성 영역)과 이것에 대향하는 허브부(9)의 원반부(9a)의 하단면(9a1) 사이의 스러스트 베어링 간극, 및 베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)(동압홈 형성 영역)과 이것에 대향하는 플랜지부(2b)의 상단면(2b1) 사이의 스러스트 베어링 간극에 동압홈의 동압작용에 의해 윤활유의 오일막이 각각 형성된다. 그리고, 이들 오일막의 압력에 의해 회전부재(3)를 스러스트 방향으로 비접촉 지지하는 제 1 스러스트 베어링부(T1)와 제 2 스러스트 베어링부(T2)가 각각 구성된다.

본 발명에 있어서는 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)과 축(2)의 외주면(2a) 사이의 간극(제 1 간극), 베어링 슬리브(8)의 하측 끝면(8c)과 플랜지부(2b)의 상측 끝면(2b1) 사이의 간극(제 2 간극), 베어링 슬리브(8)의 상측 끝면(8d)과 허브 부(9)의 원반부(9a)의 하측 끝면(9a1) 사이의 간극(제 3 간극), 및 순환 홈(8e)이 각각 윤활유로 가득 채워진다. 이 때, 윤활유를 각 간극(순환 홈(8e)을 포함함)을 순차적으로 통과하도록 순환시키면, 각 간극에서의 압력 밸런스의 무너짐을 방지하여 부압 발생 방지에 힘쓸 수 있다. 도 3에서는, 이러한 순환류의 발생 수단으로서, 제 1 레이디얼 베어링부(R1)의 동압 발생부가 되는 동압홈(8a1)에 있어서, 상측영역의 축방향 치수(X1)를 하측영역의 축방향 치수(X2)보다 크게 함으로써, 상측영역과 하측영역에서의 펌핑력(pumping force)의 차를 준 구조를 예시하고 있다. 이 경우, 제 1 간극 + 제 2 간극 + 순환 홈(8e) + 제 3 간극의 순서로 윤활유를 순환시키는 것이 가능하게 된다. 윤활유의 순환 방향은 이것과는 반대이어도 되고, 또한 특별히 필요가 없으면 굳이 상하의 영역에서 동압홈에 펌핑력 차를 줄 필요도 없다.

이상, 본 발명의 제 1 실시형태를 설명했지만, 본 발명은 이 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

상기 제 1 실시형태에서는 하우징(7)을 형성하는 수지조성물로서 1종류의 베이스 수지(폴리페닐렌술피드)에 탄소 섬유를 배합한 경우를 설명했지만, 본 발명의 효과를 방해하는 것이 아닌 한, 다른 결정성 수지나 비결정성 수지, 또는 고무 성분 등의 유기물을 부가해도 되고, 또한, 탄소 섬유에 추가로 금속 섬유나 유리 섬유, 위스커(whisker) 등의 무기물을 부가해도 상관 없다. 예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 내유성이 우수한 이형제로서, 카본블랙이 도전화제로서 각각 배합가능하다.

또한, 상기 제 1 실시형태에서는 하우징(7)의 상단면에 복수의 동압홈(7a1)을 배열한 스러스트 베어링면(7a)을 설치함과 아울러(스러스트 베어링부(T1)), 베어링 슬리브(8)의 하단면(8c)에 복수의 동압홈을 배열한 스러스트 베어링면을 설치했을 경우를 설명했지만(스러스트 베어링부(T2)), 본 발명은 스러스트 베어링부(T1)만을 설치한 유체 베어링 장치에도 마찬가지로 적용할 수 있다. 이 경우, 축(2)은 플랜지부(2b)를 갖지 않는 스트레이트인 형상이 된다. 따라서, 하우징(7)은 덮개부재(10)를 저부로서 일체로 수지 재료로 형성하는 것이므로 바닥이 있는 원통형의 형태로 할 수 있다. 또한, 축(2)과 허브부(9)는 금속 또는 수지로 일체로 성형할 수 있는 것 외에 축(2)을 허브부(9)와 별체로 형성할 수도 있다. 이 경우, 축(2)을 금속제로 하고, 이 금속제의 축(2)을 삽입 부품으로서 허브부(9)와 일체로 회전부재(3)를 수지로 다이 성형(die forming)할 수도 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(11)를 나타내고 있다. 이 실시형태에 있어서 축부재(회전부재(12))는 그 하단에 일체 또는 별체로 설치된 플랜지부(12b)를 구비하고 있다. 또한, 하우징(17)은 원통 형상의 측부(17a)와, 측부(17a)와 별체 구조를 이루며, 측부(17a)의 하단부에 위치하는 저부(17b)를 구비하고 있다. 하우징(17)의 측부(17a)의 상단부에는 내주측으로 돌출한 시일부(13)가 하우징(17)과 일체로 형성된다. 시일부(13)의 내주면은 축부재(12)의 외주면과의 사이에 시일 공간(S')을 형성한다.

하우징(17)의 저부(17b)의 상단면(17b1)에는, 도시는 생략하지만, 예컨대 복수의 동압홈을 스파이럴 형상으로 배열한 영역이 형성됨과 아울러, 베어링 슬리 브(18)의 하단면(18c)에도 같은 형상으로 동압홈을 배열한 영역이 형성된다. 그리고, 베어링 슬리브(18)의 하단면(18c)과 축부재(12)의 플랜지부(12b)의 상단면(12b1) 사이에 제 1 스러스트 베어링부(T11)가 형성되고, 하우징(17)의 저부(17b)의 상단면(17b1)과 플랜지부(12b)의 하단면(12b2) 사이에 제 2 스러스트 베어링부(T12)가 형성된다.

이 실시형태에 있어서 하우징(17)의 측부(17a)는 시일부(13)와 함께 수지 재료로 형성된다. 그 때문에, 하우징(17)의 측부(17a)가 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 우수한 크리프 내성 특성을 갖는 수지조성물로 형성되면 베어링 슬리브(18)와의 고정력이 장기간에 걸쳐 보증된다. 또한, 하우징(17)의 저부(17b)와 측부(17a)의 고정이 압입력을 수반하는 것일 때에도 동일한 효과가 얻어진다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시형태에 따른 유체 베어링 장치(21)를 나타내고 있다. 이 실시형태에 있어서 시일 부재(23)는 하우징(27)의 측부(27a)와 별체로 형성되고, 하우징(27)의 상단부 내주에 접착, 압입, 또는 용착 등의 수단에 의해 고정된다. 또한, 하우징(27)의 저부(27b)는 하우징(27)의 측부(27a)와 일체로 수지 재료로 다이 성형되고, 바닥이 있는 원통 형상의 형태를 이루고 있다. 또한, 이외의 구성은 제 2 실시형태에 준하므로 설명을 생략한다.

이 실시형태에 있어서도 하우징(27)이 상기 제 1 실시형태와 마찬가지로 우수한 크리프 내성 특성을 갖는 수지조성물로 형성되면 하우징(27)과 베어링 슬리브(28)의 고정력이 장기간에 걸쳐 보증된다. 또한, 시일 부재(23)와 하우징(17)의 고정이 압입력을 수반하는 것일 때에도 동일한 효과가 얻어진다.

또한, 이상의 실시형태(제1~제 3 실시형태)에서는 레이디얼 동압 발생부 및 스러스트 동압 발생부로서 헤링본 형상이나 스파이럴 형상의 동압홈을 예시하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다.

예컨대, 레이디얼 동압 발생부로서, 도시는 생략하지만, 축방향의 홈을 원주방향의 복수 개소에 형성한 소위 스텝 형상의 동압 발생부, 또는, 원주방향으로 복수의 원호면을 배열하고, 대향하는 축(2)(또는 축부재(12,22))의 외주면(2a)과의 사이에 쐐기 형상의 지름 방향 간극(베어링 간극)을 형성한 소위 다원호 베어링을 채용해도 된다.

또는, 레이디얼 베어링면이 되는 베어링 슬리브(8)의 내주면(8a)을 동압 발생부로서의 동압홈이나 원호면 등을 설치하지 않은 원통 형상 내주면으로 하고, 이 내주면과 대향하는 축(2)의 원통 형상 외주면(2a)으로 소위 원통형 베어링을 구성할 수 있다.

또한, 스러스트 동압 발생부를 복수의 반경 방향 홈형상의 동압홈을 원주방향 소정 간격으로 설치한 소위 스텝 베어링, 또는 파형 베어링(스텝형이 파형으로 된 것) 등으로 구성할 수도 있다.

또한, 이상의 실시형태에서는 고정체측에 레이디얼 동압 발생부 및 스러스트 동압 발생부가 형성되는 경우를 설명했지만, 이들 동압 발생부가 형성되는 베어링면은 고정체측에 한정되지 않고, 이들에 대향하는 회전부재측에 설치할 수도 있다.

본 발명의 유용성을 명확하게 하기 위해서 조성이 다른 복수의 수지조성물의 (A) 크리프 내성 특성의 평가, 및 (B) 도전성의 평가를 행하였다. 수지 재료의 조 성, 및 배합비를 도 7에 나타낸다.

이 평가 시험의 수지조성물에 사용한 원료를 이하에 나타낸다.

(i) 베이스 수지종 및 용융 점도(측정 온도, 전단 속도, 용융 점도)

리니어형 폴리페닐렌술피드(PPS): 다이니폰잉크카가쿠고교(주)제, 그레이드;LC-5G(310℃, 10³s^-1, 280Paㆍs)

가교형 PPS:다이니폰잉크카가쿠고교(주)제, 그레이드;T-4(310℃, 10³s^-1, 100Paㆍs)

폴리에테르에테르케톤(PEEK):빅트랙스ㆍ엠씨(주)제, 150P(380℃, 10³S^-1, 120PaㆍS)

액정 폴리머(LCP):폴리플라스틱스(주)제, 그레이드;A950(310℃, 10³s^-1, 40Paㆍs)

66나일론(PA66):BASF(주)제, 그레이드;A3(280℃, 10³s^-1, 100Paㆍs)

(ii) 충전제

탄소 섬유(PAN계): 토우호우 테낙스(주)제, 그레이드;HM35-C6S, 섬유 지름;7㎛, 평균 섬유 길이;6㎜, 어스펙트비;857, 항장력;3240㎫

유리 섬유: 아사히 파이버글래스(주)제, 그레이드;CS03MA497, 섬유 지름;13㎛, 평균 섬유 길이;3㎜, 어스펙트비;230, 항장력;3450㎫

카본블랙:미쓰비시카가쿠(주)제, 그레이드;#3350B, 입자 지름;24nm

아루보렉스:시코쿠카가쿠고교(주)제, 그레이드;Y, 주요 구성 요소;붕산 알루미늄, 평균 지름 0.5~1㎛, 평균 섬유 길이; 10~30㎛, 어스펙트비;10~60

(A) 크리프 내성 특성의 평가 방법을 이하에 나타낸다.

(1) 저부의 하단면 중앙부에 핀 게이트가 설치된 상단 개구의 컵형상 시험편(Φ 10㎜(외경)×높이 15㎜, 측부 두께 1㎜, 저부 두께 2㎜)을 도 7에 나타내는 조성의 재료로 사출 성형하고, 이것을 발거력 측정용 시험편으로 한다.

(2) 컵형상 시험편의 내주에 소결 금속제의 베어링 슬리브를 압입한다. 이 때의 베어링 슬리브의 외경 치수는 컵형상 시험편과의 압입값이 0.2%가 되도록 설정된다. 이것을 분위기 온도가 130℃인 항온조에 투입하고, 5000h 방치한다. 또한, 이 시험 조건(130℃, 5000h)은 일반적인 사용 분위기 온도의 상한ㆍ90℃와 제품 수명ㆍ10년으로부터 산출해서 설정된 것이다. 또한, 보다 실제의 형태에 근접하기 위해서 압입부에 접착제(예컨대, 혐기성 접착제나 에폭시계 접착제)를 개재시켜도 된다. 여기서는 접착제를 사용하지 않는 방법으로 평가한다.

(3) 베어링 슬리브의 압입 직후에 측정한 베어링 슬리브의 컵형상 시험편으로부터의 발거력(F0) 및, 항온층 내에서 5000h 방치 후의 베어링 슬리브의 컵형상 시험편으로부터의 발거력(F)을 인장 압축 시험기로 계측한다.

(4) 하기의 수식에 따라 각 재료의 발거력 저하율을 계산하고, 이 값에 기초하여 크리프 내성 특성을 평가한다.

발거력 저하율:D(%)=((F0-F)/F0)×100

상기 식에 있어서 방치 후의 발거력(F)이 0(N)이 된 경우, 베어링 슬리브의 발거력 저하율(D)은 100%가 된다. 합격 여부 판정 기준은 발거력 저하율(D)이 90% 이하이면 합격(O), 90%를 초과하면 불합격(×)으로 했다.

(B) 각 수지조성물의 도전성은 체적 저항률을 JIS 7194에 의한 4탐침법에 의해 측정하고, 그 값에 기초하여 평가했다. 합격 여부 판정 기준은 10⁷Ωㆍ㎝ 이하를 합격(O), 10⁷Ωㆍ㎝를 초과하는 것을 불합격(×)으로 했다.

이상의 시험 결과를 도 8에 나타낸다. 또한, 비교품2의 수지조성물은 컵형상(하우징 형상)으로 성형 불가능하므로, 크리프 내성 특성을 불합격으로 했다. 또한, 비교품3의 수지조성물은 도전성이 기준값에 만족하지 않으므로, 도전성이 요구되는 HDD 등에 사용하는 유체 베어링 장치용 하우징용의 소재로서는 부적합하지만, 특별히 도전성이 요구되지 않는 경우에는 사용가능하므로, 종합 판정을 △로 했다.

상기 방법으로, 수지조성물의 크리프 내성 특성 및 도전성을 평가함으로써 유체 베어링 장치용 하우징을 형성하는 수지조성물로서의 적성을 판정할 수 있다. 그러나, 상기 크리프 내성 특성의 평가 시험 시간은 5000시간으로 매우 장시간이기 때문에 제품의 개발 단계에서 이러한 시험을 행하는 것은 현실적으로 매우 곤란하다. 그래서, 각 수지조성물의 압축 크리프량을 측정하고, 그 값과 크리프 내성 특성의 관계를 고찰함으로써 보다 단시간에 유체 베어링 장치용 하우징을 형성하는 수지조성물로서의 적성을 판정할 수 있다.

도 7에 나타내는 조성의 수지조성물의 압축 크리프량을 이하에 나타내는 방법에 의해 측정했다. 측정 결과를 도 8에 나타낸다.

(1) 도 7에 나타내는 조성의 재료로 사출 성형하고, 상단면에 직경 2㎜의 핀 게이트를 구비한 Φ10㎜×높이2㎜의 원기둥 형상 시험편을 제작한다. 핀 게이트 제거 후, #2000의 에머리지(emery paper)로 양단면을 연마하고, 이것을 압축 크리프량 측정용 시험편으로 한다.

(2) 미리 사용하는 지그 일식을 80℃로 열을 남겨 둔다. 충분히 강성이 있는, 구체적으로는 측정 하중을 가해도 변위가 2㎛ 이내인 정반(定盤) 상에 원기둥 형상 시험편을 두고, 양면을 표면 거칠기가 0.05㎛가 되도록 연마한 Φ20㎜×높이10㎜의 SS제 원반을 원기둥 형상 시험편 상에 둔다. 이 상태에서, 1/100㎜까지 측정가능한 다이얼게이지를 정반에 설치하고, 원기둥 형상 시험편의 초기 높이(L0)를 측정한다.

(3) 분위기 온도를 80℃로 유지한 채, 시험편의 면압이 소정의 값(본 시험에서는 80㎫)이 되도록 SS제 원반 상으로부터 하중을 가한다. 그 상태에서 168h 방치한 후, 다이얼게이지로 하중 부하 후의 원기둥 형상 시험편의 높이(L168)를 측정한다.

(4) 이상에서 구한 L0 및 L168을 기초로 하기의 수식에 따라 압축 크리프량을 구했다.

압축 크리프량:C(%)=100×(L0-L168)/L0

도 9에 압축 크리프량(C)과 발거력 저하율(D)의 관계를 나타낸다. 도 9로부터, 압축 크리프량(C)과 발거력 저하율(D)의 관계는 대략 선형성을 나타내고 있다. 이 선형성을 감안하여 고찰하면, 압축 크리프량(C)이 8% 이하이면 발거력 저하 율(D)이 확실하게 90% 이하가 된다. 따라서, 유체 베어링 장치용 하우징을 형성하는 수지조성물로서 필요한 크리프 내성 특성의 평가는 상기 조건(80℃의 분위기 온도에서 80㎫의 면압을 168시간 부하)하에서의 압축 크리프량이 8% 이하인지를 측정함으로써 행할 수 있다.

Claims

다른 부재와 압입력을 수반하여 고정되는 유체 베어링 장치용 하우징으로서:

적어도 다른 부재와 압입력을 수반하여 접하는 부분이 수지조성물로 형성되고, 상기 수지조성물은 80℃의 분위기 온도에서 80㎫의 면압을 168시간 부하했을 때의 압축 크리프량이 8% 이하인 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 하우징.
제 1 항에 있어서, 상기 수지조성물의 체적 저항률이 10⁷Ωㆍ㎝ 이하인 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 하우징.
제 1 항에 있어서, 상기 수지조성물은 폴리페닐렌술피드(PPS)를 베이스 수지로 한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치용 하우징.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 유체 베어링 장치용 하우징과, 하우징의 내주에 고정되는 베어링 슬리브와, 축을 구비한 것을 특징으로 하는 유체 베어링 장치.
제 4 항에 기재된 유체 베어링 장치와, 회전자 자석과, 고정자 코일을 갖는 것을 특징으로 하는 모터.