JPH0737810B2 - Gas dynamic bearing - Google Patents
Gas dynamic bearingInfo
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- JPH0737810B2 JPH0737810B2 JP3-517154A JP51715491A JPH0737810B2 JP H0737810 B2 JPH0737810 B2 JP H0737810B2 JP 51715491 A JP51715491 A JP 51715491A JP H0737810 B2 JPH0737810 B2 JP H0737810B2
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- gas dynamic
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Description
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、スピンドルモータに使用される気体動圧軸受
に関し、特に飛散し易い通常の潤滑剤が使用できない環
境において使用可能な気体動圧軸受に関するものであ
る。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an aerodynamic bearing used in a spindle motor, and more particularly to an aerodynamic bearing that can be used in an environment where ordinary lubricants, which tend to scatter, cannot be used.
背景技術
近年、ハードディスクドライブ(HDD)の高記憶容量化
に伴い、それに使用されるスピンドルモータの軸受に高
精度の回転性能と低電力消費化が要求され、気体動圧軸
受を採用することが提案された。気体動圧軸受は、起動
・停止時に軸受摺動面が接触しており、摺動面の材質・
加工状態或いは組立精度によっては耐久性に問題を生じ
る場合があり、潤滑剤の必要性が問われている。BACKGROUND ART In recent years, as the storage capacity of hard disk drives (HDDs) has increased, the bearings of the spindle motors used in them are required to have high-precision rotational performance and low power consumption, and the adoption of gas dynamic bearings has been proposed. In gas dynamic bearings, the bearing sliding surfaces are in contact during start-up and stop, and the material and
Depending on the machining conditions or assembly precision, durability may be an issue, raising questions about the necessity of lubricants.
一般にHDD用スピンドルモータに用いられる気体動圧軸
受の軸受メタルの摺動部の潤滑は、液体潤滑剤である
油、グリース(以下「油」と称する)や各種コーティン
グによって行われている。Generally, the sliding parts of the bearing metal of the gas dynamic pressure bearing used in HDD spindle motors are lubricated by liquid lubricants such as oil, grease (hereinafter referred to as "oil"), or various coatings.
軸受材質が通常の金属材質の場合、0.01〜数ミクロンの
潤滑剤の膜厚が形成されたが、基材の金属と潤滑剤の結
合力が弱く、潤滑剤が剥離し、油がミスト状になり外部
に飛散し、ハードディスクの磁気媒体等に悪影響を及ぼ
すという問題があった。When the bearing material is a normal metal, a lubricant film thickness of 0.01 to several microns is formed, but the bonding strength between the metal substrate and the lubricant is weak, causing the lubricant to peel off and the oil to turn into a mist and splash outside, which can have a negative effect on the magnetic media of hard disks, etc.
また軸受面の面粗度Raを例えば0.2ミクロンに仕上げた
セラミックスに膜厚が例えば500Åの飛散しにくい潤滑
剤の膜を形成させた場合、その膜厚がムラになり、均一
に管理するのが困難である。また膜厚が100Åを超える
と、潤滑剤のメニスカス効果に基づくスティクション現
象が発生し、静摩擦トルクが増大しスピンドルモータが
始動不能になるという問題があった。一方膜厚が薄過ぎ
ると始動停止を繰り返すうちに油が剥離し、基材のセラ
ミック同志が接触して摩耗が進行し、粉塵発生の原因と
なる。Furthermore, if a 500 Å thick film of lubricant that is difficult to scatter is formed on a ceramic bearing surface with a surface roughness Ra of, say, 0.2 microns, the film thickness will be uneven, making it difficult to maintain uniformity. Furthermore, if the film thickness exceeds 100 Å, stiction occurs due to the meniscus effect of the lubricant, increasing static friction torque and preventing the spindle motor from starting. On the other hand, if the film thickness is too thin, the oil will peel off with repeated starts and stops, causing the ceramic substrates to come into contact with each other, accelerating wear and generating dust.
これらの問題を解決するため、従来次の方法が提案され
た。従来の1つの方法は、潤滑層として、銀、鉛、ホワ
イトメタル等の軽軟金属層を摺動面にコーティングし
て、この軟質金属の塑性変形、せん断、付着を利用し
て、焼き付きを防止する方法である。この方法において
は、軟質金属の摩耗粉がかなり大きな塊状になり、この
粉塵が、外部に出たり、摺動面間又は動圧発生溝に介在
し、軸受としての機能を発揮しないという問題があっ
た。To solve these problems, the following methods have been proposed. One conventional method involves coating the sliding surfaces with a light, soft metal layer such as silver, lead, or white metal as a lubricating layer, and utilizing the plastic deformation, shear, and adhesion of this soft metal to prevent seizure. This method has the problem that wear particles from the soft metal form fairly large lumps, which escape to the outside or become trapped between the sliding surfaces or in the hydrodynamic grooves, preventing the bearing from functioning properly.
また従来提案された他の方法は、自己潤滑性を有する材
料、例えば2硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチ
レン等の潤滑性のある重合体を、スパッタリング(イオ
ンプレーティング、蒸着)等の手段によって摺動面に被
覆する方法である。Another method that has been proposed in the past is to coat the sliding surface with a self-lubricating material, such as molybdenum disulfide or a lubricating polymer such as polytetrafluoroethylene, by means of sputtering (ion plating, vapor deposition) or the like.
しかしながら、スパッタリングのような真空装置を用い
る方法は、装置が複雑で条件設定が困難であり、内周面
に均一にコーティングできないという問題があった。し
かも、折角の重合体もその潤滑特性を喪失することがあ
り、また摩耗が進むと急激に潤滑層が破損し、摩擦係数
の増大により、起動時に大きなトルクを必要とするとい
う欠点があった。However, methods using vacuum equipment such as sputtering require complex equipment and difficult conditions to set, making it difficult to coat the inner surface uniformly. Furthermore, the polymer can lose its lubricating properties, and as wear progresses, the lubricating layer can be rapidly damaged, resulting in an increase in the coefficient of friction, requiring a large torque at start-up.
特開昭64−65322号公報は、動圧軸受の相対して回転す
る表面の少なくとも一方に、官能基を有するオルガノポ
リシロキサン若しくは含フッ素重合体のいずれか又は両
方を被覆した動圧流体軸受を開示する。この公報の動圧
軸受においては、上記物質が摺動面を構成する金属表面
と反応し潤滑剤皮膜を形成する。しかしながら金属の加
工精度を上げることには制約があり、金属の面粗度は比
較的大きいので、この公報の動圧軸受の場合潤滑剤が多
層になる。Japanese Patent Laid-Open Publication No. 64-65322 discloses a hydrodynamic bearing in which at least one of the opposing rotating surfaces of the hydrodynamic bearing is coated with either a functional group-containing organopolysiloxane or a fluorine-containing polymer, or both. In the hydrodynamic bearing of this publication, the above substance reacts with the metal surface that constitutes the sliding surface to form a lubricant film. However, there are limitations to increasing the precision of metal processing, and the surface roughness of metal is relatively large, so in the hydrodynamic bearing of this publication, the lubricant becomes multi-layered.
発明の開示
本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、クリーン
度の高い環境下で使用される動圧軸受の改良に存し、起
動、停止時に固定間で摺動する動圧軸受の寿命及び性能
の向上と起動時のロストルクを小さくできる動圧軸受を
提供することにを目的とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and resides in improving a hydrodynamic bearing for use in a highly clean environment, and has as its object to provide a hydrodynamic bearing that can improve the life and performance of a hydrodynamic bearing that slides between fixed parts during start-up and shutdown, and can reduce loss torque during start-up.
本発明の気体圧軸受においては、摺動面の材質を緻密な
セラミックスとし、粗面度Raを0.3ミクロン以下とした
軸受の摺動面にセラミックスと反応性のある官能基を持
つパーフルオロポリエーテル系から選ばれる少なくとも
1種以上の潤滑剤を薄く塗布し、摺動面に均一で保護作
用及び潤滑作用を備えた厚さ20〜100Åの薄膜を設け
る。好ましくは潤滑剤は、帯電防止剤を含むものとす
る。In the gas pressure bearing of the present invention, the sliding surface is made of a dense ceramic material with a roughness Ra of 0.3 microns or less, and is thinly coated with at least one lubricant selected from perfluoropolyethers having functional groups reactive with ceramics, to form a uniform thin film 20 to 100 Å thick on the sliding surface that provides protection and lubrication. Preferably, the lubricant contains an antistatic agent.
本発明の動圧軸受は、ポンプ等の水潤滑や工作機械等の
回転部に用いられる動圧軸受とは本質的に寸法精度が異
なり、平面度、円筒度、及び真円度が数ミクロン以内に
仕上げられる。その使用環境も外部より粉塵が入らない
クリーンな環境で使用される動圧軸受である。The hydrodynamic bearing of the present invention differs substantially in dimensional accuracy from hydrodynamic bearings used in water-lubricated pumps and rotating parts of machine tools, etc., and is finished to flatness, cylindricity, and roundness within a few microns. It is also a hydrodynamic bearing used in a clean environment where no dust can enter from the outside.
外部より粉や油等が混入する環境においては、本発明の
動圧軸受はその作用効果を発揮しない。In an environment where powder, oil, etc. are mixed in from the outside, the hydrodynamic bearing of the present invention will not exhibit its intended function and effect.
摺動部のセラミックスの面粗度Raは、0.3ミクロン以下
に仕上げるか、又はッスパッタリング、CVD、イオンプ
レーティング等で面粗度Raは、0.3ミクロン以下とす
る。面粗度Raが0.3ミクロンより大きくなると、真実接
触面積が小さくなるので、結果的に面圧が上がり、薄膜
が剥離し易くなり、効果を発揮することができない。The surface roughness Ra of the ceramic sliding part must be finished to 0.3 microns or less, or the surface roughness Ra must be 0.3 microns or less using sputtering, CVD, ion plating, etc. If the surface roughness Ra is greater than 0.3 microns, the actual contact area will be smaller, resulting in increased surface pressure and making the thin film more likely to peel off, making it less effective.
摺動面は、表面に凹凸が存在しており、実際はこの凸部
同志が接触している。従って見かけ上の接触面積が同じ
場合であっても、面粗度が大きい場合には、真実の接触
面積が小さくなる。真実の接触面積が小さいと真実の面
圧が大きくなるので、塗布した潤滑剤が剥離し、摩耗が
進行する。面粗度が小さいと接触面積が大きくなり、潤
滑剤の作用が大きくなり、また面圧が下がるため摩擦係
数が低くなる。Sliding surfaces have unevenness on their surfaces, and these convex portions actually come into contact with each other. Therefore, even if the apparent contact area is the same, if the surface roughness is large, the actual contact area will be smaller. If the actual contact area is small, the actual surface pressure will be large, causing the applied lubricant to peel off and wear to progress. If the surface roughness is small, the contact area will be larger, the effect of the lubricant will be greater, and the surface pressure will be lower, resulting in a lower coefficient of friction.
潤滑剤として用いる官能基を持つパーフルオロポリエー
テル系潤滑剤としては、水酸基含有パーフルオロポリエ
ーテル、カルボキシル基含有パーフルオロポリエーテ
ル、エステル基含有パーフルオロポリエーテル等から選
ばれる1種又は2種以上の混合物を用いる。The perfluoropolyether lubricant having a functional group used as the lubricant is one or a mixture of two or more selected from hydroxyl group-containing perfluoropolyethers, carboxyl group-containing perfluoropolyethers, ester group-containing perfluoropolyethers, etc.
塗布方法としては、軸受部材を充分脱脂乾燥し、これら
の潤滑剤を、例えばトリクロロトリフルオロエタン等の
溶媒に少量溶解し、スピンコート、スプレー法や浸漬等
により塗布し、加熱することにより薄膜を形成する。The application method involves thoroughly degreasing and drying the bearing member, dissolving a small amount of the lubricant in a solvent such as trichlorotrifluoroethane, applying it by spin coating, spraying, immersion, or the like, and then heating to form a thin film.
また官能基を持つパーフルオロポリエーテル系潤滑剤
は、−CxF2x−O−という一般式(xは1〜4の整
数)で示される単位を主要構造単位とし、平均分子量が
1000〜5000の重合体であり、この部分が潤滑作用を支配
している。また官能基としては、例えば水酸基、グリシ
ジル基、アミノ基、カルボキシル基、メカプト基、イソ
シアネート基、スルホン基、エステル基等を含有してい
るものが、セラミック表面との反応に寄与するので、好
ましい。また使用する潤滑剤は、セラミックスの種類に
より決定される。The perfluoropolyether lubricant having a functional group has a unit represented by the general formula -CxF2x - O- (x is an integer of 1 to 4) as the main structural unit, and has an average molecular weight of
The polymer is a polymer of 1000-5000, and this portion controls the lubricating action. Furthermore, functional groups containing, for example, hydroxyl, glycidyl, amino, carboxyl, mercapto, isocyanate, sulfonic, or ester groups are preferred, as they contribute to the reaction with the ceramic surface. The lubricant to be used is determined by the type of ceramic.
薄膜の厚みは、20〜100Åの均一な厚さに管理する。こ
の薄膜は、単分子膜或いは数分子膜により構成される。
単分子の大きさは20Å程度なので、100Åの膜厚の場合
は5分子層で構成される。単分子の厚さ20Å以下に塗布
することはできない。勿論、潤滑剤の種類により分子の
大きさは異なる。潤滑剤の官能基部分が主に化学吸着に
よってセラミックス表面に強く結合しており、CSSによ
る潤滑剤の剥離を防止し、セラミックス表面を保護する
作用を奏する。薄膜の厚さが100Åより大であると、潤
滑剤のメニスカス効果に基づくスティクション現象が発
生し、起動抵抗が大きくなる。The thickness of the thin film is controlled to a uniform thickness of 20 to 100 .ANG.. This thin film is composed of a monolayer or a multilayer.
The size of a monomolecular layer is about 20 Å, so a film thickness of 100 Å would consist of five molecular layers. It is not possible to apply a monomolecular layer less than 20 Å thick. Of course, the size of the molecule varies depending on the type of lubricant. The functional groups of the lubricant are strongly bonded to the ceramic surface mainly through chemical adsorption, preventing the lubricant from peeling off due to CSS and protecting the ceramic surface. If the film thickness is greater than 100 Å, stiction occurs due to the meniscus effect of the lubricant, increasing starting resistance.
帯電防止剤は、1種以上の界面活性剤又はポリオキシエ
チレン添加物から選ばれ、好ましくはエステル又はアミ
ンタイプである。この界面活性剤は、親油基としてモノ
アルキル、ジアルキル、グリセリン、ソルビトール、ポ
リグリセリン若しくはポリオキシエチレンを有する脂肪
酸多価アルコールエステル類である。このポリオキシエ
チレン添加物は、親油基としてアルキルアミン、アルキ
ルアミド、脂肪アルコール若しくはアルキルフェノール
を有するポリオキシエチレン添加物である。The antistatic agent is selected from one or more surfactants or polyoxyethylene additives, preferably of the ester or amine type. The surfactants are fatty acid polyhydric alcohol esters having monoalkyl, dialkyl, glycerin, sorbitol, polyglycerin, or polyoxyethylene as the lipophilic group. The polyoxyethylene additives are polyoxyethylene additives having alkylamine, alkylamide, fatty alcohol, or alkylphenol as the lipophilic group.
帯電防止の塗布は、上記潤滑剤の塗布時に少量の帯電防
止剤を添加することにより行う。The antistatic coating is carried out by adding a small amount of antistatic agent when the lubricant is applied.
動圧軸受の構成部材の摺動面に上記材料からなる保護作
用及び潤滑作用を備える厚さ20〜100Åの薄膜を設ける
ことにより、本発明の気体圧軸受は、後に詳述するよう
に静摩擦係数を0.2以下と小さくすることができ、4万
回転以上のCSS(コンタクト・スタート・ストップ)試
験でも摩擦係数が変化しないという優れた耐久性を備え
る。By providing a protective and lubricating thin film of the above-mentioned material 20 to 100 Å thick on the sliding surfaces of the components of the hydrodynamic bearing, the gas pressure bearing of the present invention can reduce the static friction coefficient to 0.2 or less, as will be described in detail later, and has excellent durability, with the friction coefficient remaining unchanged even in a CSS (contact start stop) test of 40,000 revolutions or more.
また本発明においては、摺動面に耐摩耗性に富むセラミ
ックス材が使われることにより、摺動面は8万回のCSS
試験の後でも損傷しない。In addition, in the present invention, a highly wear-resistant ceramic material is used on the sliding surface, so the sliding surface can withstand 80,000 CSS cycles.
No damage after the test.
本発明によれば、静摩擦係数が小さく、耐久性に優れた
通常の油を使わずに軸受により発生する粉塵を外部に漏
らさないために特別な工夫をすることなしに、クリーン
な環境で使用できる動圧軸受を提供することができると
いう優れた効果が得られる。The present invention has the excellent effect of providing a hydrodynamic bearing that has a small coefficient of static friction, is highly durable, does not use ordinary oil, and can be used in a clean environment without requiring any special measures to prevent dust generated by the bearing from leaking to the outside.
図面の簡単な説明
図1は本発明は適用できる動圧ラジアル軸受の構造を図
解的に示す部分断面図、図2は本発明が適用できる動圧
スラスト軸受のスパイラル状の帯を図解的に示す平面
図、図3は本発明の動圧軸受を用いたスピンドルモータ
の構造を示す断面図であり、図4、図5、図6及び図7
はCSS試験の結果を示すグラフである。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the structure of a hydrodynamic radial bearing to which the present invention is applicable, FIG. 2 is a plan view showing the spiral band of a hydrodynamic thrust bearing to which the present invention is applicable, FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a spindle motor using the hydrodynamic bearing of the present invention, and FIGS. 4, 5, 6 and 7
1 is a graph showing the results of a CSS test.
発明を実施するための最良の形態
図1は本発明が適用できる動圧ラジアル軸受の構造を図
解的に示す部分断面図であり、軸受の可動側又は固定側
部材Bの表面にヘリングボーン状の溝C1等の流体動圧を
発生させる動圧発生溝が形成される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 1 is a partial cross-sectional view illustrating the structure of a hydrodynamic radial bearing to which the present invention can be applied, in which hydrodynamic pressure generating grooves, such as herringbone grooves C1 , that generate fluid hydrodynamic pressure are formed on the surface of the movable or fixed member B of the bearing.
摺動面は、材質をセラミックスとし、面粗度Raを0.3ミ
クロン以下とし、摺動面にセラミックスと反応性のある
官能基を有するパーフルオロポリエーテル系から選ばれ
る少なくとも1種以上の潤滑剤を薄く塗布して保護作用
と潤滑作用を備える潤滑剤の薄膜を設ける。薄膜の厚さ
20〜100Åとする。好ましく潤滑剤は、帯電防止剤を含
むものとする。The sliding surface is made of ceramic material, has a surface roughness Ra of 0.3 microns or less, and is thinly coated with at least one lubricant selected from perfluoropolyethers having functional groups reactive with ceramics to form a thin film of lubricant that provides protection and lubrication.
20 to 100 Å. Preferably, the lubricant contains an antistatic agent.
摺動面を構成するセラミックス材は、エンジニアリング
セラミックスとして使用される高純度の緻密なアルミ
ナ、ムライト、ダイヤモンド、SiC、TiN、Si3N4、TiC、
ガラス等が用いられる。軸受の可動側部材及び固定側部
材をこれらのセラミック材で一体に構成するか、摺動面
にコーティングによって構成してもよい。またこのよう
な構造を任意に組み合わせて構成してもよい。The ceramic materials that make up the sliding surfaces are high-purity dense alumina, mullite, diamond, SiC, TiN, Si 3 N 4 , TiC, which are used as engineering ceramics.
The movable and fixed members of the bearing may be integrally formed from these ceramic materials, or the sliding surfaces may be coated with these ceramic materials. Also, any combination of these structures may be used.
図1の動圧ラジアル軸受においては、可動側部材Aと固
定側部材Bを相対的に回転させることにより、両者の間
の間隙に流体動圧が発生する。In the hydrodynamic radial bearing of FIG. 1, when the movable member A and the fixed member B are rotated relative to each other, hydrodynamic pressure is generated in the gap between them.
図2は本発明が適用できる動圧スラスト軸受のスパイラ
ル状の溝を図解的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view diagrammatically showing spiral grooves of a hydrodynamic thrust bearing to which the present invention can be applied.
スラスト動圧軸受の固定側又は可動側部材Dの表面に
は、スパイラル状の溝C2等の流体動圧力を発生する動圧
発生溝が形成されている。摺動面は、図1の動圧ラジア
ル軸受の場合と同様に、材質をセラミックスとし、面粗
度Raを0.3ミクロン以下とし、摺動面にセラミックスと
反応性のある官能基を有するパーフルオロポリエーテル
重合体から選ばれる少なくとも1種以上の潤滑剤を薄く
塗布して保護作用と潤滑作用を備える潤滑剤の薄膜を設
ける。薄膜の厚さは20〜100Åとする。好ましく潤滑剤
は、帯電防止剤を含むものとする。The surface of the fixed or movable member D of the thrust hydrodynamic bearing is formed with hydrodynamic grooves, such as spiral grooves C2 , that generate hydrodynamic pressure. The sliding surface, like the hydrodynamic radial bearing of FIG. 1, is made of ceramic material with a surface roughness Ra of 0.3 microns or less. A thin layer of lubricant, provided with both protective and lubricating properties, is applied to the sliding surface. The thickness of the thin layer is 20 to 100 Å. Preferably, the lubricant contains an antistatic agent.
摺動面を構成するセラミック材の材質、構造は、図1の
動圧ラジアル軸受の場合と同様である。The ceramic material and structure of the sliding surface are the same as those of the hydrodynamic radial bearing shown in FIG.
図2の動圧スラスト軸受においては、可動側部材Aと固
定側部材Bを相対的に回転させることにより、両者の間
の間隙に流体動圧が発生する。In the hydrodynamic thrust bearing of FIG. 2, when the movable member A and the fixed member B are rotated relative to each other, hydrodynamic pressure is generated in the gap between them.
軸受の摺動面に前記の潤滑を塗布し、潤滑剤の薄膜を設
ける構成にすることにより、動圧軸受の静摩擦係数を0.
2以下にすることができ、耐久性も8万回以上のCSS(コ
ンタクト・スタート・ストップ)試験でも摩擦係数に変
化がないことが解った。摺動面にも損傷がないことが確
認された。By applying the above lubricant to the sliding surface of the bearing and creating a thin film of lubricant, the static friction coefficient of the hydrodynamic bearing can be reduced to 0.
It was found that the coefficient of friction could be reduced to 2 or less, and durability was also improved by more than 80,000 CSS (contact start stop) tests, with no change in the coefficient of friction. It was also confirmed that there was no damage to the sliding surface.
具体例1 次に本発明の動圧軸受の具体例を説明する。Example 1 Next, a specific example of the hydrodynamic bearing of the present invention will be described.
図3は、軸受に本発明の動圧軸受を用いるHDD(ハード
ディスク駆動装置)のスピンドルモータの側面断面図で
ある。図3において、取付台1の中央部に支持軸2が立
設され、支持軸2の外周に同心円状のラジアル軸受4の
固定側部材4aが固定される。モータ回転部6は、中央部
に支持軸2が貫通される支持軸貫通穴を有するキャップ
状であり、下端には、水平方向に拡大した鍔部6aが形成
される。Figure 3 is a side cross-sectional view of a spindle motor for an HDD (hard disk drive) that uses the hydrodynamic bearing of the present invention as its bearing. In Figure 3, a support shaft 2 is erected in the center of a mounting base 1, and a fixed member 4a of a concentric radial bearing 4 is fixed to the outer periphery of the support shaft 2. The motor rotating part 6 is cap-shaped and has a support shaft through-hole in the center through which the support shaft 2 passes, and a flange 6a that expands horizontally is formed at the lower end.
モータ回転部6の前記支持貫通穴の内周面には前記ラジ
アル軸受4の固定側部材4aに対向する同心円状の可動側
部材4bが固着される。可動側部材4bと固定側部材4aがラ
ジアル軸受4を構成する。A concentric movable member 4b facing the fixed member 4a of the radial bearing 4 is fixed to the inner peripheral surface of the support through hole of the motor rotating part 6. The movable member 4b and the fixed member 4a constitute the radial bearing 4.
モータ回転部6の鍔部6aの下面にはスラスト軸受3の可
側部材3bが固着され、取付台1にはこの可動側部材3bに
対向する固定側部材3aが固定される。固定側部材3aと可
動側部材3bとでスラスト軸受3が構成される。A movable member 3b of the thrust bearing 3 is fixed to the underside of the flange 6a of the motor rotating part 6, and a fixed member 3a facing the movable member 3b is fixed to the mounting base 1. The fixed member 3a and the movable member 3b constitute the thrust bearing 3.
モータ回転部6の下端の可動側部材3bより内側に、ロー
タマグネット8が固着され、取付台1には、ロータマグ
ネット8に対向するステータコイル5が固定される。A rotor magnet 8 is fixed to the lower end of the motor rotating part 6 inside the movable member 3 b , and a stator coil 5 facing the rotor magnet 8 is fixed to the mounting base 1 .
モータ回転部6の外周にハードディスクが載架できるよ
うにされる。A hard disk can be mounted on the outer periphery of the motor rotating part 6 .
上記スピンドルモータは、所謂スラストギャップタイプ
のスピンドルモータであり、ステータコイル5とロータ
マグネット8とが駆動部を構成する。The spindle motor is a so-called thrust gap type spindle motor, and the stator coil 5 and rotor magnet 8 constitute a drive section.
ラジアル軸受4の固定側部材4aと可動側部材4bの対向面
には、図1に示すようななヘリングボーン状の溝C1等の
動圧を発生する動圧発生溝が形成され、スラスト軸受3
の固定側部材3aと可動側部材3bの対向面には、第2図に
示すようなスパイラル溝C1等の動圧を発生する動圧発生
溝が形成される。On the opposing surfaces of the fixed side member 4a and the movable side member 4b of the radial bearing 4, dynamic pressure generating grooves for generating dynamic pressure, such as herringbone grooves C1 as shown in FIG.
On the opposing surfaces of the fixed-side member 3a and the movable-side member 3b, dynamic pressure generating grooves for generating dynamic pressure, such as spiral grooves C1 as shown in FIG. 2, are formed.
上記構造のスピンドルモータにおいて、ステータコイル
5に電流が流れるとロータマグネット8が固定されたモ
ータ回転部6が回転を開始し、スラスト軸受3の固定部
材3aの上面と可動側部材3bの下面の間に空気動圧が発生
し、空気動圧スラスト軸受が形成される。またラジアル
軸受4の固定側部材4aの外周面と可動側部材4bの内周面
の間に空気動圧が発生し、空気動圧ラジアル軸受が形成
される。In a spindle motor with the above structure, when current flows through the stator coil 5, the motor rotating part 6, to which the rotor magnet 8 is fixed, begins to rotate, and air dynamic pressure is generated between the upper surface of the fixed member 3a and the lower surface of the movable member 3b of the thrust bearing 3, forming an air dynamic pressure thrust bearing. Also, air dynamic pressure is generated between the outer peripheral surface of the fixed member 4a and the inner peripheral surface of the movable member 4b of the radial bearing 4, forming an air dynamic pressure radial bearing.
軸受を構成する固定側部材の材質をSiCとし、スラスト
軸受3の固定側部材3aと可動側部材3bの摺動部は平面度
1ミクロン以下、面粗度Ra0.2ミクロンとした。またラ
ジアル軸受4の固定側部材4aと可動側部材4bの摺動面の
円筒度又は真円度を1ミクロン、面粗度Raを0.1ミクロ
ンとした。The material of the fixed member that constitutes the bearing is SiC, and the sliding portion between the fixed member 3a and the movable member 3b of the thrust bearing 3 has a flatness of 1 micron or less and a surface roughness Ra of 0.2 microns. The sliding surface between the fixed member 4a and the movable member 4b of the radial bearing 4 has a cylindricity or roundness of 1 micron and a surface roughness Ra of 0.1 micron.
潤滑剤として、次に示す化学式で表されるイソシアネー
ト変性フルオロポリエーテル重合体(日本モンテジソン
社のFOBLNZDISOC)をトリクロロトリフルオロエタンを
溶媒とした0.01重量%の溶液に浸漬させ、120℃で1時
間熱風乾燥した。As a lubricant, an isocyanate-modified fluoropolyether polymer (FOBLNZDISOC, manufactured by Nippon Montezon Co., Ltd.) represented by the following chemical formula was immersed in a 0.01 wt % solution using trichlorotrifluoroethane as a solvent, and then dried with hot air at 120°C for 1 hour.
(OCN−C6H3(CH3)NHCO)−
CF3−(O−C2F4)−p−(O−CF2)q−OCF2
(OCN−C6H3(CH3)NHC)
この時、約100Åの固体潤滑剤の膜が形成された。CSS試
験の結果は第4図の曲線aとなり、8万回まで、摩擦係
数の増加認められなかった。(OCN- C6H3 ( CH3 )NHCO) -CF3- (O- C2F4)-p-(O-CF2 ) q - OCF2 ( OCN - C6H3 ( CH3 )NHC) At this time, a solid lubricant film of approximately 100 Å was formed. The results of the CSS test were as shown in curve a in Figure 4, and no increase in the friction coefficient was observed up to 80,000 cycles.
具体例2 図4の曲線bは具体例2のCSS試験結果を示す。Curve b in Figure 4 shows the CSS test results for Example 2.
軸受を構成する部材の材質が99.7%アルミナである外は
具体例1と同様とし、潤滑としてカルボキシル基含有パ
ーフルオロアルキルポリエーテル(DUPON社のKRYTOX157
FS)を塗布した。塗布の方法は、トリクロロトリフルオ
ロエタンを溶媒とした0.005重量%の溶媒に浸漬させ、1
20℃で30分間熱処理を行った。この時、約50Åの潤滑剤
の膜が形成された。この場合のCSSの試験結果は図4の
曲線bとなり8万回まで、摩擦係数の増加は認められな
かった。The material of the bearing components was 99.7% alumina, and the other components were the same as in Example 1. The lubricant was a carboxyl group-containing perfluoroalkyl polyether (DUPON's KRYTOX 157
The coating method was to immerse the sample in a 0.005 wt% trichlorotrifluoroethane solvent and apply a 1
The heat treatment was carried out at 20°C for 30 minutes. At this time, a lubricant film of approximately 50 Å was formed. The CSS test results in this case were as shown by curve b in Figure 4, and no increase in the friction coefficient was observed up to 80,000 cycles.
具体例3 図4の曲線cは具体例3のCSS試験結果を示す。Example 3 Curve c in Figure 4 shows the CSS test results for Example 3.
軸受を構成する部材をアルミ材で作り摺動面にTiNのイ
オンプレーティングを施した以外は、具体例2と同様と
して、試験を行った。CSSの試験結果は第4図の曲線c
となり、8万回まで、摩擦係数の増加認められなかっ
た。The test was carried out in the same manner as in Example 2, except that the members constituting the bearing were made of aluminum and TiN ion plating was applied to the sliding surface. The CSS test results are shown in curve c in Figure 4.
No increase in the coefficient of friction was observed up to 80,000 cycles.
具体例4
図5は、面粗度以外を具体例1と同一の条件とした具体
例4のCSSS試験結果を示す。図5において、曲線h、
i、jは、スラスト軸受及びラジアル軸受の面粗度Ra
を、それぞれ0.1ミクロン同志、0.3ミクロン同志、0.4
ミクロン同志とした場合のCSS試験結果である。曲線h
及び曲線iにより示されるように、面粗度Raをそれぞれ
0.1ミクロン同志、0.3ミクロン同志とした場合には、静
止摩擦係数は、ほとんど変化しなかった。しかしながら
面粗度Raを0.4ミクロン同志とした場合には、1000回程
度で急激な増加が見られ、その後も徐々に増加した。こ
のとき潤滑剤の膜は、100Åに形成されていた。Specific Example 4 Figure 5 shows the CSSS test results for Specific Example 4, which was set under the same conditions as Specific Example 1 except for the surface roughness.
i and j are the surface roughness Ra of the thrust bearing and radial bearing.
, respectively, 0.1 microns, 0.3 microns, and 0.4
This is the CSS test result when the microns are in contact with each other.
and the surface roughness Ra as shown by the curve i, respectively.
When the surface roughness Ra was 0.1 microns and 0.3 microns, the static friction coefficient hardly changed. However, when the surface roughness Ra was 0.4 microns, a sudden increase was observed after about 1000 strokes, and the coefficient continued to increase gradually thereafter. At this time, the lubricant film was formed to a thickness of 100 Å.
具体例5
図6は、潤滑剤の薄膜の厚さ以外を具体例1と同一条件
とした具体例5のCSS試験結果を示す。図6において、
曲線m、n、sは、潤滑剤の薄膜の厚さをそれぞれ50
Å、100Å、120Åとした場合のCSS試験結果である。曲
線m及び曲線nにより示されるように、潤滑剤の薄膜の
厚さをそれぞれ50Å、100Åとした場合には、静止摩擦
係数は、ほとんど変化しなかった。しかしながら潤滑剤
の薄膜の厚さを150Åとした場合には、曲線sにより示
されるように僅か100回でスティクション現象が起き、
静止摩擦係数を測定することができなくなった。6 shows the results of the CSS test for Example 5, which was conducted under the same conditions as Example 1 except for the thickness of the thin film of the lubricant.
Curves m, n, and s are for lubricant thin film thicknesses of 50
These are the results of CSS tests when the thickness of the lubricant film was 50 Å, 100 Å, and 120 Å. As shown by curves m and n, when the thickness of the lubricant film was 50 Å and 100 Å, respectively, the static friction coefficient hardly changed. However, when the thickness of the lubricant film was 150 Å, stiction occurred after only 100 strokes, as shown by curve s.
It became impossible to measure the static friction coefficient.
比較例1
図7の曲線dは、比較例1のCSS試験結果を示す。比較
例1においては、潤滑剤を塗布しない外は、具体例1と
同様の条件とした。この場合50回程度のCSS試験で摩擦
抵抗の増加が認められた。Comparative Example 1 Curve d in Figure 7 shows the CSS test results for Comparative Example 1. In Comparative Example 1, the conditions were the same as those for Specific Example 1, except that no lubricant was applied. In this case, an increase in frictional resistance was observed after about 50 CSS tests.
比較例2
図7の曲線eは、比較例2のCSS試験結果を示す。比較
例2において、軸受を構成する部材をステンレス鋼のSU
S303とし、耐摩耗処理をしない状態で、具体例1と同一
の条件でCSS試験を行った。この場合500回程度で摩擦係
数の増加が見られた。また軸受の摺動面には多数の摺動
痕跡が観察された。Comparative Example 2 The curve e in Fig. 7 shows the CSS test results for Comparative Example 2. In Comparative Example 2, the members constituting the bearing were made of stainless steel SU
The CSS test was carried out on S303 without any anti-wear treatment under the same conditions as in Example 1. In this case, an increase in the friction coefficient was observed after about 500 cycles. Numerous sliding marks were also observed on the sliding surface of the bearing.
比較例3
図7の曲線f、g、hは、比較例3のCSS試験結果を示
す。比較例3は、具体例1と同様の条件で、潤滑剤をそ
れぞれボロナイト、2硫化モリブデン、フッ化黒鉛とし
た。潤滑剤の塗布方法は、各潤滑剤の粉末を軸受構成部
材の摺動面にまぶし、且つホリッシング用布にも該方粉
末もまぶし、お互いに圧力をかけてこすり合わせること
により行った。図7の曲線f、g、hはそれぞれボロナ
イトライド、2硫化モリブデン、フッ化黒鉛の結果を示
す。図示するように、摩擦係数はCSS試験の回数と共に
増加し、3000回程度で0.8以上となることが確認され
た。Comparative Example 3: Curves f, g, and h in Figure 7 show the CSS test results for Comparative Example 3. In Comparative Example 3, the lubricants were boronite, molybdenum disulfide, and graphite fluoride, respectively, under the same conditions as in Example 1. The lubricants were applied by sprinkling powder of each lubricant on the sliding surfaces of the bearing components, and also on the polishing cloth, and then rubbing them together under pressure. Curves f, g, and h in Figure 7 show the results for boronite, molybdenum disulfide, and graphite fluoride, respectively. As shown in the figure, the friction coefficient increased with the number of CSS tests, reaching 0.8 or higher after approximately 3,000 cycles.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−57914(JP,A) 特開 昭63−251618(JP,A) 実開 平2−21324(JP,U) ──────────────────────────────────────────────────── Continued from the front page (56) References: JP 63-57914 (JP, A) JP 63-251618 (JP, A) Utility Patent Publication No. 2-21324 (JP, U)
Claims (6)
かつ摺動面の面粗度Raが0.3ミクロン以下で仕上げられ
た軸受表面にセラミックスと反応性のある官能基を持つ
パールフルオロポリエーテル系から選ばれる少なくとも
1種以上の潤滑剤を塗布し、摺動面に均一で保護作用及
び潤滑作用を備えた厚さ20〜100Åの薄膜を設けること
を特徴とする気体動圧軸受。Claim 1: The sliding surface is made of dense ceramics,
The bearing surface is finished to a surface roughness Ra of 0.3 microns or less, and is coated with at least one lubricant selected from pearl fluoropolyethers having functional groups reactive with ceramics, thereby forming a uniform thin film with a thickness of 20 to 100 Å that provides protective and lubricating properties on the sliding surface.
潤滑剤が帯電防止剤を含むことを特徴とする気体圧軸
受。2. The gas dynamic pressure bearing according to claim 1,
1. A gas pressure bearing, wherein the lubricant contains an antistatic agent.
滑剤は、水酸基含有パーフルオロポリエーテル、カルボ
キシル基含有パーフルオロポリエーテル、及びエステル
基含有パーフルオロポリエーテルから選ばれることを特
徴とする気体動圧軸受。3. The gas dynamic pressure bearing according to claim 1, wherein the lubricant is selected from the group consisting of hydroxyl group-containing perfluoropolyethers, carboxyl group-containing perfluoropolyethers, and ester group-containing perfluoropolyethers.
潤滑剤の塗布は、軸受部材を脱脂乾燥し、溶媒に溶解し
た潤滑剤に浸漬するか、スピンコート法又はスプレー法
により潤滑剤を軸受表面に付着し、加熱することにより
行われることを特徴とする気体動圧軸受。4. The gas dynamic pressure bearing according to claim 1,
A gas dynamic pressure bearing characterized in that the application of lubricant is carried out by degreasing and drying the bearing member, immersing it in the lubricant dissolved in a solvent, or by applying the lubricant to the bearing surface by spin coating or spraying, and then heating it.
官能基を持つパーフルオロポリエーテル系潤滑剤は、−
CxF2x−O−(xは1〜4の整数)という一般式で示
される単位を主要構造単位とし、平均分子量が1000〜50
00の重合体であることを特徴とする気体動圧軸受。5. The gas dynamic pressure bearing according to claim 1,
The perfluoropolyether lubricant having functional groups is -
The main structural unit is a unit represented by the general formula CxF2x - O- (x is an integer of 1 to 4), and the average molecular weight is 1000 to 50
00的聚合物的气体压力轴承。 00 polymer gas dynamic pressure bearing.
帯電防止剤、親油基としてモノアルキル、ジアルキル、
グリセリン、ソルビトール、ポリグリセリン若しくはポ
リオキシエチレンを有する脂肪酸多価アルコールエステ
ル類から選ばれる1種以上の界面活性剤、又は親油基と
してアルキルアミン、アルキルアミド、脂肪アルコール
若しくはアルキルフェノールを有するポリオキシエチレ
ン添加物であることを特徴とする気体動圧軸受。6. The gas dynamic pressure bearing according to claim 2,
Antistatic agent, monoalkyl, dialkyl as lipophilic group,
1. A gas dynamic pressure bearing comprising one or more surfactants selected from glycerin, sorbitol, polyglycerin, and fatty acid polyhydric alcohol esters having polyoxyethylene, or a polyoxyethylene additive having an alkylamine, alkylamide, fatty alcohol, or alkylphenol as a lipophilic group.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3-517154A JPH0737810B2 (en) | 1990-10-25 | 1991-10-25 | Gas dynamic bearing |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28769090 | 1990-10-25 | ||
| JP2-287690 | 1990-10-25 | ||
| JP3-517154A JPH0737810B2 (en) | 1990-10-25 | 1991-10-25 | Gas dynamic bearing |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPWO1992008062A1 JPWO1992008062A1 (en) | 1992-11-05 |
| JPH0737810B2 true JPH0737810B2 (en) | 1995-04-26 |
| JPH0737810B1 JPH0737810B1 (en) | 1995-04-26 |
Family
ID=26556843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3-517154A Expired - Lifetime JPH0737810B2 (en) | 1990-10-25 | 1991-10-25 | Gas dynamic bearing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0737810B2 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58196110A (en) * | 1982-05-10 | 1983-11-15 | Kawasaki Steel Corp | Method for elongation rolling of steel pipe |
| JPS6357914A (en) * | 1986-08-26 | 1988-03-12 | Ibiden Co Ltd | Dynamic pressure groove bearing and manufacture thereof |
| JPS63251618A (en) * | 1987-04-09 | 1988-10-19 | Nippon Seiko Kk | Hydrodynamic bearing spindle unit |
-
1991
- 1991-10-25 JP JP3-517154A patent/JPH0737810B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0737810B1 (en) | 1995-04-26 |
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