流體動壓軸承的制作方法

專利名稱：流體動壓軸承的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于多邊形馬達(polygonal motor)和硬盤驅動裝置中的其他回轉驅動裝置中的流體動壓軸承。
流體動壓軸承用于以硬盤驅動單元為代表的高速回轉驅動裝置中，所述流體動壓軸承通常通過將一根軸安裝入一個同心的軸套中進行轉動來構造，并且在軸和軸套之間加注有油。軸套或軸上布置例如有人字形溝槽形式的徑向圖案。在軸進行高速回轉時，在軸套和軸之間的油中就產生了壓力分配，這樣就使軸保持浮動狀態。
為防止軸產生偏轉，軸須具有一定的圓度，這個技術條件對軸的高速回轉來說是很重要的。
在穩定狀態下，流體動壓軸承中的軸和軸套之間不會發生接觸。但在啟動及停止時的不穩定低速回轉過程中，軸套和軸之間就會發生接觸，因而二者之間就會產生磨損。這樣磨損產生的金屬屑及碎片就會攙入到油中而改變油的黏性，這樣軸承產生了性能損失或減少了軸承的使用壽命。
為克服上述問題，JP-A7-37233號公報中披露了一種利用流體動壓軸承支撐的轉鼓，其中流體動壓軸承上產生壓力的溝槽是由硬質保護膜形成的，所述硬質保護膜最好為類金剛石薄膜。JP-A11-62947號公報中也披露了一種流體動壓軸承，這種流體動壓軸承由一根軸和一個轉動軸套構成，軸和軸套的表面上布置有碳素保護膜，所述碳素保護膜最好為由無定形碳或類金剛石碳制成。在優選的實施例中，軸上具有用來產生動壓的溝槽，只有溝槽的表面不涂敷碳素保護膜，而軸上的其他部分表面和轉動軸套的表面均涂敷有碳素保護膜。此外，JP-A6-241232號公報中披露了一種流體動壓軸承，所述流體動壓軸承由一個圓柱形的第一軸承部件、一個第二軸承部件和布置在所述第一軸承部件的外表面或第二軸承部件的內表面上用來產生動壓的裝置構成，所述第一軸承部件穿過所述第二軸承部件，所述第二軸承部件具有一個以預定的間隙而與第一軸承部件的外表面相對布置的內表面。所述動壓產生裝置在第一和第二軸承部件的外表面和內表面之間產生動壓而提供徑向支持。第一軸承部件的外表面和第二軸承部件的內表面中的至少一個表面上布置有金剛石粒團薄膜。
雖然上面參考的JP-A7-37233號公報沒有描述關于由硬質保護膜來形成產生壓力的圖案的形成細節，但形成硬質保護膜和形成圖案需要兩個獨立的步驟。通過(a)光刻膠技術或(b)激光蝕刻技術來實施圖案形成步驟被認為是適當的。光刻膠技術(a)通常包括一系列步驟涂敷光刻膜-→干燥-→曝光-→顯影-→蝕刻-→去掉光刻膜。一種典型的激光蝕刻技術(b)是利用激光束切割將要形成圖案的硬質保護膜的一部分，并將所述部分除去(參見日本專利申請No.10-103414)。
形成硬質保護膜及通過上述任何一種技術制作出圖案均需要非常高的成本。另外，因為只有壓力產生圖案是由硬質保護膜形成的，所以磨損在部件的裸露部分即沒有形成硬質保護膜的部分發生。此外，如果產生動壓的溝槽為幾微米至幾十微米深，則必須涂敷相應厚度(幾微米至幾十微米)的薄膜，這個工作是很繁重的。由于內部應力的作用，涂敷的薄膜傾向于剝落。
對于JP-A11-62947號公報，為使產生動壓的溝槽部分不涂敷碳素保護膜，則產生動壓的溝槽部分涂敷有光刻膠，這樣就沒有無定形碳積淀在該部分上，然后利用丙酮將光刻膠除去。在利用這個工藝過程形成碳素保護膜和圖案時，增加了生產步驟和生產成本。在無定形碳的碳素保護膜沒有形成的部分上也會產生磨損。
JP-A6-241232所披露的方法為將約10nm(100A)的金剛石粒均勻地分散到鍍液中，將金剛石粒隨著鍍層材料積淀在將要被涂敷的軸承部件的表面上，這樣就在軸承部件上形成均勻的金剛石粒團薄膜。利用這種方法形成的金剛石粒團薄膜包括金剛石粒團部分和只由鍍層材料構成的部分，其中的鍍層材料部分可與相接觸的相應部件的金屬發生反應而產生腐蝕和磨損。隨著鍍層的逐步磨損，磨落的碎屑隨著金剛石粒混入到油中而污染了油，這樣就縮短了部件的壽命。
本發明的一個目的為提供一種流體動壓軸承，該軸承包括一根軸和一個軸套，該軸承具有提高的耐磨性和持久性且經過長時間的運行而不改變軸的圓度，并且所述軸承經重復運行而無回轉精度損失且容易制造。
根據本發明，本發明提供了一種包括一對相互配合轉動的部件的流體動壓軸承且在兩部件之間加注有流體，所述部件具有由溝槽或突起及平臺構成的凹下和/或凸起的圖案，從而在流體中產生壓力分配，至少具有圖案的軸承部件之一涂敷有類金剛石碳素膜。該至少一個部件上首先形成圖案，然后將所述碳素膜均涂敷在溝槽或隆起的表面及平臺的表面上。
類金剛石碳素膜最好具有由CHxSiyOzNvFw代表的基本組成，其中x、y、z、v和w代表了相應元素的摩爾比，其范圍為0.05≤x≤0.7，0≤y≤3.0，0≤z≤1.0，0≤v≤1.0，0≤w≤0.2。
在本發明的一個優選實施例中，流體動壓軸承具有一根安裝在軸套中用來轉動的軸，在軸和軸套之間加注有流體，這樣當軸在軸套中轉動時，在流體中就產生了壓力分配，流體處于軸和軸套之間而使軸保持浮動，涂敷有類金剛石碳素膜的具有圖案的軸承部件為軸或軸套，軸或軸套上首先形成圖案，然后將類金剛石碳素膜涂敷到整個具有圖案的支撐區域上。所述軸最好具有與軸套的一端部分相對的軸襯和一個安裝在軸套中的軸體及一個與流體相接觸的表面，所述軸襯具有與軸套的一端部分相對的推力面，推力面上布置有圖案，與流體接觸的軸體的表面和軸襯的推力面上涂敷有類金剛石碳素膜。此外，軸套最好具有與流體相接觸的圓筒形內壁面，所述內壁面上布置有圖案，與軸的軸襯相對的軸套的一端部分和軸套的內壁面上涂敷有類金剛石碳素膜。
典型地，流體為油或空氣或氣體。
通過下面的描述及借助于附圖將會對本發明的上述和其他目的、特征和優點進行更好的理解。


圖1所示為根據本發明的流體動壓軸承的示意性剖面圖，所述流體動壓軸承包括一根軸和一個軸套。
圖2A所示為在軸的推力面上形成的產生壓力的圖案的平面圖。圖2B所示為沿圖2A中所示的A-A＇線所作的剖視圖。
圖3所示為軸套的部分移去透視圖，圖中顯示了軸套的內壁面上的產生壓力的圖案。
圖4所示為軸的剖視圖。
圖5所示為軸立面圖，該圖中顯示了其軸體上的產生壓力的圖案。
本發明的流體動壓軸承包括一對相配合轉動的部件，在所述相配合的兩個部件之間加注有流體。每個部件上具有由溝槽或突起及平臺構成的凹下和/或凸出的圖案，所述圖案在流體中產生壓力分配。所述圖案也稱為壓力產生圖案。此處所述的“平臺”是指溝槽或突起周圍的區域，并與部件的初始表面相對應。其中至少一個部件涂敷有類金剛石碳素(DLC)膜。所述需要涂敷類金剛石碳素(DLC)膜的部件首先在其表面上形成圖案，然后在溝槽或突起的表面上及平臺的表面上涂敷類金剛石碳素(DLC)膜。所述類金剛石碳素(DLC)膜最好沿著部件的輪廓以均勻的厚度涂敷溝槽表面或突起的表面。在平臺上，所述類金剛石碳素(DLC)膜最好涂敷平臺的整個表面，并且最好涂敷至少溝槽或突起周圍鄰近的區域部分。涂敷類金剛石碳素(DLC)膜的具有圖案的軸承部件特別地為軸和/或用來接收軸的軸套。在部件形成必須的產生壓力的圖案后，典型地為人字形溝槽，特別地，在軸和/或軸套基體形成產生壓力的圖案后，形成有圖案的部件(或基體)就利用類金剛石碳素(DLC)膜來涂敷。更加優選的是將類金剛石碳素(DLC)膜涂敷到與軸套的一端部分相對的軸的軸襯的推力面上，在啟動或停止時，所述推力面可與相對的部分以及與處于軸和軸套之間的流體進行接觸的軸的軸體的表面接觸。另外，所述類金剛石碳素(DLC)膜最好涂敷到與軸的軸襯相對的軸套的一端部分的表面上以及與流體接觸的所述軸套的圓筒形內壁面。上述表面中的任何一個表面均預先形成有產生壓力的圖案，此外，軸襯的推力面和軸套的圓筒形內壁面也經常形成預先有產生壓力的圖案。所述產生壓力的圖案最好通過蝕刻或塑性加工來形成。
因為類金剛石碳素(DLC)膜為平滑的均勻薄膜，所以，在涂敷類金剛石碳素(DLC)膜后軸不改變其圓度。在啟動或停止時，類金剛石碳素(DLC)膜防止了因軸和軸套之間的接觸而產生軸的磨損。這樣在往復運行過程中軸就不會經歷圓度的下降，這樣就阻止了軸的偏轉。此處利用油作為所述流體，油不會被磨損的碎屑所污染或引起油的黏性或其他性能的改變，這樣就避免了轉動精度的損失。因為產生壓力的圖案的形成在類金剛石碳素(DLC)膜涂敷之前，所以即使復雜的圖案也可被比較容易的形成和制造。通過比較，在利用如JP-A7-37233號公報所披露的方法即通過類金剛石碳素(DLC)膜而形成產生壓力的圖案時，一個普通的工藝過程包括積淀形成類金剛石碳素(DLC)膜和蝕刻類金剛石碳素(DLC)膜而產生圖案。這個過程需要復雜的步驟且比較昂貴。在無類金剛石碳素(DLC)膜的情況下就可能發生磨損。此外，如果產生動壓的溝槽為幾微米至幾十微米深。則必須涂敷相應厚度(幾微米至幾十微米)的薄膜，這個工作是很繁重的。由于內部應力的作用，較厚的薄膜傾向于剝落。在JP-A11-62947號公報中，產生動壓的溝槽不涂敷碳素保護膜。其中的工藝過程需要更多的步驟和更高的費用。在沒有碳素保護膜的情況下可產生磨損。在JP-A6-241232號公報披露的方法中，在具有鍍層金剛石粒團薄膜的情況下，薄膜的鍍層材料部分易于腐蝕和磨損。作為所述流體而使用的油也受到磨損碎片的污染。
參考圖1，圖1中顯示了根據本發明的流體動壓軸承的一種典型的結構。所述的流體動壓軸承典型地應用于用來驅動磁盤進行轉動的硬盤驅動裝置中。流體動壓軸承1包括軸11和通常為圓筒形的軸套12，所述軸同心地安裝到軸套中進行轉動且二者之間確定了一個間隙。軸11和軸套12之間的間隙加注有流體，典型地，所述流體為油。所述流體也可為空氣或氣體。軸11包括軸體112和從軸體112徑向向外延伸的環狀軸襯111。軸襯111具有與軸套12的一端部分12s相對的較低表面111s。軸襯11的表面111s作為推力面，所述推力面上具有預先確定的用來產生壓力的圖案，例如，所述圖案可為圖2(a)和圖2(b)中所示的利用凹形溝槽111g凹進形成的圖案。軸套12具有圓筒形外壁、圓筒形內壁121、一個軸向的端部分12s和一個軸向的相對端部分。與流體(例如油或空氣或氣體)接觸的軸套12的圓筒形內壁121上形成有預先確定的產生壓力的圖案，例如，所述圖案可用圖3所示的溝槽121g凹進而成。當軸11轉動時，所述產生壓力的圖案與流體(例如油或空氣或氣體)協作而在流體中產生壓力分配，從而使軸11保持浮動。軸11的表面包括與軸套12的一端部分12s相對的軸襯111的推力面111s和與流體(例如油或空氣或氣體)相接觸的軸體112的表面，如圖4中所示，這些表面涂敷有類金剛石碳素(DLC)膜11c。也就是說，本實施例中的軸11與根據本發明而涂敷有類金剛石碳素(DLC)膜的具有圖案的軸承部件相對應。此處，即使在涂敷類金剛石碳素(DLC)膜后，軸11中的溝槽111g相對于初始狀態仍保持未變化的形狀和深度，這是因為包括有溝槽的軸的表面涂敷有一層厚度很小的均勻薄膜。
本發明的流體動壓軸承并不僅限于所顯示的軸承，在本發明的范圍內可對本發明的流體動壓軸承進行變更。所述類金剛石碳素(DLC)膜還可涂敷與軸11的軸襯111的推力面111s相對的軸套12的一端部分12s的表面及與流體(例如油或空氣或氣體)接觸的軸套12的圓筒形內壁面121，這樣可達到更好的效果。產生壓力的圖案可只形成在軸11上或只形成在軸套12上。此外，如圖5所示，與流體(例如油或空氣或氣體)相接觸的軸11的軸體112的表面上的一個環形部分可通過凹進而具有溝槽112g形式的產生壓力的圖案。圖案的構形，特別是溝槽和突起可根據特殊的應用而從不同的構形中選取。
類金剛石碳素(DLC)膜不僅能夠涂敷根據本發明具有圖案的軸承部件的溝槽或突起表面和平臺的表面，而且還可涂敷部件的其余的表面。無圖案的部件可涂敷或不涂敷類金剛石碳素(DLC)膜。只要包括有一個涂敷類金剛石碳素(DLC)膜的具有圖案的軸承部件，即使在其余的部件具有圖案的情況下，其余的部件也可不涂敷類金剛石碳素(DLC)膜或部分涂敷類金剛石碳素(DLC)膜。部件怎樣涂敷類金剛石碳素(DLC)膜并不重要。
根據本發明作為涂敷薄膜的類金剛石碳素(DLC)膜是通過活化和分解碳氫化合物而得到的高硬度碳素膜。類金剛石碳素(DLC)膜，也稱為i-碳素膜，具有優良的特性，包括高硬度、抗磨損、表面平坦和化學上的不活潑性。
對于類金剛石碳素(DLC)膜，本申請參考了JP-A62-145646號公報、JP-A62-145647號公報和《新金剛石論壇》(NEW Diamond Forum)第4卷第4號(1988年10月25日)。如《新金剛石論壇》(NEW Diamond Forum)中所述，按著喇曼光譜圖分析可知類金剛石碳素(DLC)在1550cm-1左右(1520cm-1-1560cm-1)具有一個較寬的吸收峰，這樣類金剛石碳素(DLC)就與金剛石和石墨具有明顯的結構差別，金剛石在1333cm-1處顯示出尖銳的峰，而石墨在1581cm-1處顯示出尖銳的峰。
類金剛石碳素(DLC)膜的主要成分為無定形碳和氫，其中的碳-碳sp3鍵是隨意分布的。類金剛石碳素(DLC)中的C/H的原子比約為95∶5至60∶40。類金剛石碳素(DLC)膜的厚度最好為0.01μm至10μm，從抗磨損和圓度的角度來說類金剛石碳素(DLC)膜的厚度更優選為0.3μm至2μm。
除了碳和氫之外，類金剛石碳素(DLC)膜還包括至少Si、N、O、F四種元素之一。類金剛石碳素(DLC)膜的基本組成最好為CHxSiyOzNvFw所代表的形式，其中x、y、z、v、w分別代表了相應的各元素的摩爾比，它們的范圍為0.05≤x≤0.7，0≤y≤3.0，0≤z≤1.0，0≤v≤1.0，0≤w≤0.2。
因為類金剛石碳素(DLC)膜可通過改變其組成比而改變其親油性，因此建議根據流體的類型來正確選擇類金剛石碳素(DLC)膜的組成成分。
如上所述，在喇曼光譜圖上的1550cm-1左右(1520cm-1-1560cm-1)處，類金剛石碳素(DLC)膜顯示了具有較寬的吸收峰，上述添加元素可將峰偏移約正負100cm-1。
類金剛石碳素(DLC)膜可利用等離子體化學汽相淀積法、離子化蒸鍍法和濺射技術來生成。
在利用等離子體化學汽相淀積法生成類金剛石碳素(DLC)膜時可應用JP-A 4-41672號公報中所描述的方法。在等離子體化學汽相淀積技術中應用的等離子體可為直流的也可為交流的，其中優選交流。所選用的交流等離子體的頻率范圍從幾赫茲至微波范圍。類金剛石碳素(DLC)膜也可用《金剛石薄膜技術》(由Sogo Gijutsu Center出版)中描述的電化學反應(ECR)等離子體來生成。在類金剛石碳素(DLC)膜的生成過程中中可應用偏置電壓。
在利用等離子體化學汽相淀積法生成類金剛石碳素(DLC)膜時，所用的反應氣體最好從下面所列舉的化合物中選取。
含有C元素和H元素的化合物包括烴類，如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷、乙烯和丙烯。
含有C、H、Si元素的化合物包括甲基硅烷、二甲基硅烷、三甲基硅烷、四甲基硅烷、二乙基硅烷、四乙基硅烷、四丁基硅烷、二甲基二乙基硅烷、四苯基硅烷、甲基三苯基硅烷、二甲基二苯基硅烷、三甲基苯基硅烷、三甲基甲硅烷基-三甲基硅烷和三甲基甲硅烷基甲基-三甲基硅烷。這些化合物可以以兩種或多種混合形式使用，而硅烷化合物和烴類的混合物也可使用。
含有C、H、O的化合物包括CH3OH、C2H5OH、HCHO和CH3COCH3。
含有C、H、N的化合物包括氰化胺、氫氰酸、一甲胺、二甲胺、烯丙胺、苯胺、二乙胺、乙腈、偶氮基異丁烷、二烯丙基胺、乙基疊氮化物、MMH、DMH、三烯丙基胺、三甲胺、三乙基胺和三苯胺。
另外還包括含有Si、C、H的化合物、含有Si、C、H和O的化合物或含有Si、C、H和N元素的化合物與O、ON、N或H源的混合物。O的來源的典型例為O2和O3。C+O的來源的典型例為CO和CO2。Si+H的來源典型例為SiH4。H元素的來源的典型例為H2。H+O的來源的典型例為H2O。N元素的來源的典型例為N2。N+H元素的來源的典型例為NH3。N+O的來源的典型例為氮的氧化物NOx如NO、NO2和N2O。N+C的來源的典型例為(CN)2。N+H+F的來源典型例為NH4F。O+F的來源的典型例為OF2、O2F2和O3F2。
反應氣體的流量應根據其類型和其他因素來適當確定。通常情況下形成膜的壓力約為0.1Pa至100Pa(=0.001至1Torr)，對于淀積所優選的輸入功率約為10W至5KW。
類金剛石碳素(DLC)膜也可利用離子化蒸鍍技術來形成。例如，在JP-A 58-174507號公報和JP-A59-174508號公報中所描述的離子化蒸鍍技術。但離子化蒸鍍技術所用的方法和裝置并不僅限于上述這些專利中所用的方法和裝置。只有在形成保護膜的電離氣體可被加速，就可利用其它類型的離子化蒸鍍技術。
此處優選應用的裝置為JP-A 59-174507中所描述的直離子流或偏移離子流。
在離子化蒸鍍技術中，真空容器被抽空至約10-4Pa(=10-6Torr)的高真空。布置在真空容器中的為一根利用交流電源加熱的金屬絲和在金屬絲周圍的反電極，所述金屬絲用來提供熱離子發射，電壓Vd施加在金屬絲和反電極之間。布置在金屬絲和反電極周圍的電磁線圈用來產生磁場而限制電離氣體。反應氣體與來自金屬絲的熱電子相沖撞而產生正熱解離子和電子，其中正離子通過施加到粒子上的負電位Va來加速。通過調節Vd、Va和線圈的磁場，就可改變積淀的薄膜的構成和質量。此過程中可使用偏置電壓。
在利用離子化蒸鍍技術形成類金剛石碳素(DLC)膜時，所用的反應氣體可與等離子體化學汽相淀積法(plasma CVD)中所用的反應氣體相同。反應氣體的流量可根據反應氣體的類型和其他因素來適當確定。通常情況下形成膜的運行壓力最好約為0.1Pa至100Pa(=0.001至1Torr)。
此外，類金剛石碳素(DLC)膜可利用濺射技術來形成。典型地，所用的濺射氣體為Ar或Kr，另外可附加引入的活性氣體為如O2、N2、NH3、CH4或H2，應用的靶為C、Si、SiO2、Si3N4、SiC或C、Si、SiO2、Si3N4和SiC的混合物。也可應用含有C、Si、N和O的兩種或多種靶。聚合物也可作為應用的靶。所應用的靶利用交流電(典型地為射頻電源)或直流電來濺射，這樣，被濺射的材料沉積在基體上而形成類金剛石碳素(DLC)膜。對于射頻(RF)濺射來說，輸入的功率通常約為50W至2KW。運行壓力最好約為10-3Pa至10-1Pa(=10-5至10-3Torr)。
類金剛石碳素(DLC)膜可直接積淀在軸或軸套基體上或通過中間層而積淀在軸或軸套基體上。對于為達到與基體材料相獨立的緊固結合，應用中間層是很有效的。為此應用的中間層如日本專利申請Nos.10-375444、10-375445、10-375446、10-375447中所述。中間層可通過濺射、真空蒸發或其他技術來形成。
涂敷類金剛石碳素(DLC)膜的軸和軸套基體典型地是用金屬材料制成的，例如，可用不銹鋼(如根據JIS的SUS303和SUS420J)、預硬鋼、模具鋼、高速鋼、鐵、銅、銅合金(如C3000系列)、黃銅、鋁和鋁合金(如A2000系列和A7000系列)。
進行壓力分配的流體為現有技術中通用的油、空氣或氣體和其他流體，其中優選油和空氣或氣體。加注到軸和軸套之間空隙的油可為商業用油。
產生壓力的圖案是通過在基體上刻出溝槽或在基體上布置突起而形成于軸和/或軸套上。溝槽至平臺(即基體的初始表面)的深度通常約為0.1μm至100μm。
下面通過說明而不是以限制的方式給出了本發明的實施例。
例1如圖1至4所示，通過軸和軸套的組合而裝配成一個流體動壓軸承。軸和軸套基體利用不銹鋼SUS303制成。所用的流體為商業用油。在軸的軸襯的推力面上和軸套的圓筒形內壁面上形成有距平臺5μm深的溝槽以獲得產生壓力的圖案。如圖4所示，軸的表面包括軸襯的推力面和與油相接觸的軸體的表面上均涂敷有類金剛石碳素(DLC)膜。在下面的條件下利用等離子體化學汽相淀積法形成厚度為1μm的類金剛石碳素(DLC)膜。
類金剛石碳素(DLC)膜的沉積反應氣體C2H4流量0.17Pa·m3·s-1(100 SCCM)電源射頻RF(13.56MHz)運行壓力66.5Pa(0.5Torr)輸入功率500W淀積速度100nm/min產生的類金剛石碳素(DLC)膜具有的成分為CH0.21。這種動壓軸承作為No.101號樣品。
另一種作為No.102號樣品的流體動壓軸承的制造除了類金剛石碳素(DLC)膜的形成是在下面的條件下之外，其他均與No.101號樣品的制造相同，No.102號流體動壓軸承的生產條件如下。
類金剛石碳素(DLC)膜的沉積反應氣體Si(OCH3)4流量8.5×10-2Pa·m3·s-1(50 SCCM)CH4流量8.5×10-2Pa·m3·s-1(50 SCCM)電源RF(13.56MHz)運行壓力66.5Pa(0.5 Torr)輸入功率500W淀積速度100nm/min形成的類金剛石碳素(DLC)膜具有如下的成分CH0.20Si0.1O0.17。
另外一種作為No.103號樣品的流體動壓軸承除了與軸襯的推力面相對的軸套的表面和與油相接觸的軸套的圓筒形內壁面二者涂敷同樣的類金剛石碳素(DLC)之外，其制造方法與No.101號樣品的制造方法相同。
另外一種作為No.104號樣品的流體動態軸承除了省去類金剛石碳素(DLC)膜之外，其制造方法與No.101號樣品的制造方法相同。
根據JP-A 7-37233號公報中的技術，另外一種作為No.105號樣品的流體動壓軸承除了用與No.101相同的類金剛石碳素(DLC)膜形成產生壓力的圖案之外，其他的制造方法與No.101號樣品的制造方法相同。類金剛石碳素(DLC)膜的厚度為5μm且等于溝槽的深度。
另外一種作為No.106號樣品的流體動壓軸承的制造方法與樣品No.103的制造方法相同，但除了根據JP-A11-62947號公報使類金剛石碳素(DLC)膜形成于某區域上而不是形成于產生壓力的圖案上。其溝槽的深度為4μm。
另外一種作為No.107號樣品的流體動態軸承樣品除用金剛石粒團薄膜代替類金剛石碳素(DLC)膜之外，其制造方法與樣品No.101的制造方法相同，所述金剛石粒團薄膜的形成是通過將多晶體金剛石粒分散到化學鍍鎳鍍液中，根據JP-A 6-241232號公報公開的技術而將鎳和金剛石粒共同積淀而成。
樣品Nos.101至107中的每種軸承均用于硬盤驅動裝置中，所述硬盤驅動裝置在下面的條件下，通過接觸-啟動-停止(CSS)檢測來運行并利用下面的項目來評價。
接觸-啟動-停止(CSS)檢測荷重十個硬盤溫度70℃回轉時間50秒停止時間80秒轉數30，000轉評價項目(1)軸的磨耗進行接觸-啟動-停止(CSS)檢測之后，軸上刻痕的深度(μm)利用表面圓度儀器來測量。
(2)油的污染進行接觸-啟動-停止(CSS)檢測之后，通過目測來觀察油是否被污染。
O表示未被污染△表示未著色，但混入了金屬碎片X表示已著色(3)軸轉動的同時的偏轉量在進行接觸-啟動-停止(CSS)檢測之前或之后測量軸的偏轉量(μm)。
(4)軸的隨機偏轉量在進行接觸-啟動-停止(CSS)檢測之前或之后測量軸的偏轉量(μm)。
(5)軸套的磨損在進行接觸-啟動-停止(CSS)檢測之后，通過目測來觀察軸套是否被磨損。
(6)軸轉動的同時軸的偏轉量達到2.54μm(100微英寸)時的接觸-啟動-停止(CSS)檢測循環的數目。
結果如表1所示。
表1 表中帶*號的為比較例表1中明確顯示了本發明的效果。與No.101號樣品相比較，No.103號軸承樣品在同時回轉過程中減少了軸的磨損和軸的偏轉量，且接觸-啟動-停止(CSS)循環重復的次數得到了增加直至在同時回轉過程中軸的偏轉量變得不可取，這樣就延長了軸承的壽命。
將本發明與JP-A 7-37233號公報和JP-A 11-62947號公報進行比較可知，本發明的優勢在于制造過程和生產成本，這是因為減少了涂敷類金剛石碳素(DLC)膜所用的步驟。
與例1中相同，應對其進行接觸-啟動-停止(CSS)檢測而檢測軸的磨損、軸的偏轉、軸套的磨損和接觸-啟動-停止(CSS)的循環。檢測結果如表2所示。
表2 表中帶*號的為比較例從表2中可知，與例1中用油作為流體相似，本發明利用空氣或氣體作為流體也可達到本發明的有益效果。
本發明描述了一種抗磨損和具有持久性的流體動壓軸承，該軸承可保證回轉精度，在重復回轉的情況下無回轉精度的損失。該軸承容易制造且成本較低。
權利要求
1．一種流體動壓軸承，所述軸承包括一對相配合轉動的部件，在所述相配合的部件之間加注有流體，所述部件具有由溝槽或突起和平臺所構成的凹下和/或凸起的圖案，所述圖案用來在流體中產生壓力分配，至少所述具有圖案的部件之一上涂敷有類金剛石碳素膜，所述的至少一個部件上首先形成圖案，然后在溝槽或突起的表面上及平臺的表面上涂敷類金剛石碳素膜。
2．根據權利要求1所述的流體動壓軸承，該軸承包括一根裝配在軸套中進行轉動的軸，在軸和軸套之間加注有流體，這樣，當軸在軸套中轉動時，在處于軸和軸套之間的流體中就會產生壓力分配，從而使軸保持浮動，所述涂敷有類金剛石碳素膜的具有圖案的部件為軸或軸套，在所述部件上首先形成圖案，然后將類金剛石碳素膜涂敷在整個具有圖案的區域。
3．根據權利要求1所述的流體動壓軸承，其特征在于所述類金剛石碳素膜具有由CHxSiyOzNvFw代表的基本組成，其中x、y、z、v和w代表了相應元素的摩爾比，其范圍為0.05≤x≤0.7，0≤y≤3.0，0≤z≤1.0，0≤v≤1.0，0≤w≤0.2。
4．根據權利要求2所述的流體動壓軸承，其特征在于所述軸具有一個與所述軸套的一端部分相對的軸襯和一個裝配到所述軸套中的軸體，所述軸體具有與流體接觸的表面，所述軸襯具有一個與所述軸套的一端部分相對的推力面，所述推力面上布置有圖案，所述軸襯的推力面和與流體接觸的所述軸體的表面均涂敷有類金剛石碳素膜。
5．根據權利要求4所述的流體動壓軸承，其特征在于所述軸套具有一個與流體相接觸的圓筒形內壁面，所述圓筒形內壁面上布置有圖案，與所述軸的軸襯相對的所述軸套的一端部分和所述軸套的內壁面均涂敷有類金剛石碳素膜。
6．根據權利要求1所述流體動壓軸承，其特征在于所述流體為油或空氣或氣體。
全文摘要
一種流體動壓軸承,具有一根裝配在軸套(12)中進行轉動的軸(11),在所述軸和軸套之間加注有流體。軸(11)和/或軸套(12)形成有由溝槽(111g)和平臺所構成圖案,所述圖案用來在流體中產生壓力分配,然后在溝槽的表面上和平臺的表面上涂敷類金剛石碳素膜(11c)。
文檔編號F16C33/10GK1285476SQ0011873
公開日2001年2月28日 申請日期2000年6月23日 優先權日1999年6月25日
發明者池尾泉, 中山正俊 申請人:Tdk株式會社