流體軸承裝置及軸承用潤滑油組成物的製作方法

2023-05-13 02:03:26

專利名稱：流體軸承裝置及軸承用潤滑油組成物的製作方法
技術領域：
本發明涉及作為軸承用潤滑油適用的潤滑油組成物及使用該組成物的流體動壓力軸承裝置或多孔含油軸承裝置及使用該軸承裝置的主軸電動機。
為了適應有關信息設備的小型主軸電動機用軸承的低轉矩化要求，流體動壓力軸承、多孔含油軸承、動壓力型多孔含油軸承等選用粘度較低的潤滑油。以前，作為低粘度的潤滑油，提出了PAO(聚α-烯烴)等的烴類、特開平4-357318號公報所述的二酯，或特開平8-259977號公報所述的碳酸二烷基酯或多元醇酯、特開2000-63860公報所述的單酯等。
近年，隨著聲像、辦公自動化(AV·OA)設備的高性能化、手提利用的普及等，強烈要求這些的旋轉部分使用的小型主軸電動機高速化、小型化，因此，常常要求旋轉支撐部分使用的軸承低轉矩化。影響軸承轉矩的因素雖然有軸承間隙、軸徑等，但潤滑油的粘度也成為一大主要因素。
潤滑油一般粘度愈低愈容易蒸發。潤滑油由於蒸發等而減少時，不能得到適宜的油膜壓力，因旋轉精度降低影響壽命，故潤滑油的蒸發特性是支配軸承耐久性的重要特性。因此，流體動壓力軸承、多孔含油軸承、動壓力型多孔含油軸承等滑動軸承的潤滑，必須選擇低粘度且蒸發特性較好的潤滑油。而且大多數的情況使用酯類的潤滑油。
酯油有許多種，其粘度、蒸發特性、溶解性等的特性分別不同，另外，隨著降低粘度蒸發特性變差的傾向與其他的潤滑油相同。因此，為了降低軸承的轉矩，現行只選擇低粘度的酯油，損壞了蒸發特性，使軸承的耐久性降低。例如，單酯等的低粘度油與作為主體的高粘度油的混合油，表觀上的粘度高即使預料蒸發量少，但低分子成分選擇性地蒸發後油量減少，或者低分子成分選擇性地進入潤滑面，產生使軸承剛性降低之類的問題。另外，使用二酯時，通過適當地選擇分子量可獲得具有低粘度特性的潤滑油，但若是40℃的粘度為10mm2/s以下的二酯，蒸發量隨低分子量化而增多，同時由於分子量均勻的緣故而基本上同時產生蒸發，故把一定條件作為界限耐久性急速降低。
為解決上述課題，發現以碳原子數為10的二元羧酸組成的酯為主成分、40℃時的粘度(運動粘度)是低於11mm2/s的低粘度潤滑油(也稱副成分)為副成分的潤滑油組成物是優異的。
本發明的潤滑油組成物，其特徵是由(A)醇與碳原子數為10的二元羧酸的酯構成的基礎油，並含有(B)40℃時的粘度低於11mm2/s的低粘度潤滑油3-20重量％。這裡優選的一個例子是前述(A)基礎油是由碳原子數為8的醇與碳原子數為10的二元羧酸的酯構成，前述(B)低粘度潤滑油的閃點是150℃以上或前述(B)低粘度潤滑油是壬二酸二辛酯。
另外，本發明是以由(A)碳原子數為6-10的一元飽和脂肪族醇與碳原子數為10的二元飽和脂肪族羧酸的二酯組成的基礎油，並含有(B)40℃時的運動粘度低於11mm2/s的低粘度潤滑油3-20重量％為特徵的潤滑油組成物。
此外，本發明是在軸外周面與套筒內周面的任何一方設動壓力發生槽，作為潤滑劑使用前述潤滑油組成物為特徵的流體動壓力軸承裝置。另外，本發明是以浸漬了前述潤滑油組成物為特徵的多孔含油軸承裝置或多孔含油軸承。這裡優選的一個例子，多孔含油軸承是動壓力型多孔含油軸承。另外，本發明是具有前述軸承裝置的主軸電動機。
表示基礎油的含有量與蒸發率、運動粘度關係的圖。
流體動壓力軸承裝置的截面圖。
燒結含油軸承裝置及動壓力型燒結含油軸承裝置的截面圖。
燒結含油軸承裝置及動壓力型燒結含油軸承裝置的截面圖。
燒結含油軸承裝置及動壓力型燒結含油軸承裝置的截面圖。
表示潤滑油組成物的蒸發特性與耐久時間關係的圖。
表示運動粘度與轉矩關係的圖。
多點掃描電動機的截面圖。
HDD主軸電動機的截面圖。
表示使用多點掃描電動機的耐久試驗結果的圖。
發明的實施方案首先，參照附圖詳細地說明本發明。
圖4及圖5是燒結含油軸承裝置及動壓力型燒結含油軸承裝置的截面圖，圖中符號分別是1-密封墊、2-多孔含油軸承、3-徑向軸承、4-軸、5-軸承套、6-密封間隙、7-帶現緣軸、8-止推軸承部分、9-套圓筒部分、10-套止推支撐部分。
因此，考慮如圖5的C-1所示結構的軸承裝置。本結構是套內部空間在充滿潤滑油的狀態下使用。
將恆定狀態密封部分的放大圖示於圖6的C-3。潤滑油麵處於密封墊的內周部分，在使用環境溫度、姿勢等的設想條件下，潤滑油麵一般設計處於密封墊內周部分的那樣。反之，當潤滑油麵上升到密封墊上側端面之上時，當然潤滑油向軸承裝置外部洩漏，假如潤滑油麵下降到密封墊下側端面之下時，空氣混入供往軸承面的潤滑油中，使旋轉精度降低，同時由於空氣的熱膨脹，將內部的潤滑油擠往軸承裝置外部，成為引起潤滑油洩漏的原因。潤滑油由於蒸發，發生如後者之類的現象。因此，作為具體的設計，必須設計在軸承裝置的使用最低溫度(即潤滑油體積最小，面位置最低的狀態)下，使潤滑油麵位置從C-3的狀態由於蒸發而變到圖6的C-4的狀態的時間，比裝置整體所要求的耐久時間長。
假定，軸承裝置在最低使用溫度的環境下，由於潤滑油的蒸發從圖6的C-3的狀態變成C-4的狀態時，以體積減少率佔潤滑油總重的3重量％達到對軸承裝置要求的耐久時間10000小時，如圖7所示，在放置10000小時的情況下若不選定蒸發率低於3重量％的潤滑油，則不能滿足耐久性。這樣，潤滑油的蒸發特性與軸承裝置(或組裝有該軸承裝置的電動機)的耐久性有相互關係，選擇蒸發特性良好的潤滑油，這關係到軸承裝置的長壽命化。
另外，影響軸承轉矩的因素雖然有軸承間隙、軸徑等，但潤滑油的粘度也成為一大主要因素。通過使用粘度更低的潤滑油，可減少攪拌阻力(粘性阻力)，其結果轉矩也降低。
準備運動粘度不同的潤滑油，把使用圖5的C-1所示結構的軸承裝置測定轉矩的結果示於圖8。如圖8所示，可以看出潤滑油的運動粘度與轉矩成比例關係，潤滑油粘度的降低直接關係到軸承轉矩的降低。
如以上所述，提供低轉矩且壽命長的軸承裝置的課題，可通過選擇低粘度且蒸發特性優良的潤滑油得到解決。
以下，對本發明的潤滑油組成物進行說明。
作為潤滑油組成物主體的基礎油是碳原子數為10的二元羧酸的酯。用碳原子數為11以上的二元羧酸的酯時，旋轉時的轉矩增高，不能獲得需要的性能。另一方面，碳原子數為9以下時，蒸發量迅速增大，不能實現主軸電動機的長壽命化。因此，必須將碳原子數為10的二元羧酸組成的酯作為主成分。作為碳原子數為10的二元羧酸優選是直鏈飽和脂肪酸的癸二酸。
作為上述碳原子數為10的二元羧酸的酯使用的醇成分，優選是碳原子數為6-10的一元飽和脂肪族醇，更優選是辛醇。具體地優選2-乙基已醇。上述酯是相對直鏈狀，由於沒有多元醇酯之類的大支鏈，所以具有高粘度指數、高閃點及良好的低溫流動性。
在基礎油中優選混合40℃時的粘度為小於11mm2/s且閃點150℃以上的低粘度潤滑油(副成分)。若混合40℃時的粘度11mm2/s以上的潤滑油則不能實現低轉矩化，混合閃點為小於150℃的低粘度潤滑油即使是最佳量的混合也會助長蒸發。換言之，優選低粘度潤滑油的粘度比基礎油低，平均分子量低的低粘度潤滑油。因此，作為副成分使用的低粘度潤滑油，可使用滿足上述條件的DOZ(壬二酸二辛酯)或DOA(已二酸二辛酯)、新戊二醇酯、單酯、PAO(聚α-烯烴)等，但從低溫流動性、相溶性、潤滑性方面考慮，最優選使用具有與由碳原子數為10的二元羧酸與辛醇製得的酯類似結構的DOZ。
另外，作為基礎油的酯與作為副成分的低粘度潤滑油的構成比例，相對於潤滑油組成物總量，低粘度潤滑油必須是3-20重量％的範圍。低粘度潤滑油的含有比例超過20重量％時，副成分的影響相當明顯，蒸發量增多，不能延長主軸電動機的壽命，而低粘度潤滑油的含有比例低於3重量％時，不能獲得降低轉矩的顯著效果。即，本發明是通過最佳量地在作為基礎油的酯中混合作為副成分的低粘度潤滑油，使以往沒明確化的低粘度與低蒸發量兼有，通過最佳量混合作為低粘度的副成分，具有低分子成分的副成分選擇性地導入潤滑面間，實現低轉矩化，作為抑制蒸發成分的碳原子數為10的二元羧酸組成的酯是導致主軸電動機長壽命化的。
本發明的潤滑油組成物，還可根據需要，混合抗氧化劑、極壓添加劑、抗摩損劑、防鏽劑、金屬鈍化劑、油性改善劑等公知的添加劑。
本發明的潤滑油組成物可優選在動壓力型燒結含油軸承用、流體動壓力軸承用、多孔含油軸承用、動壓力型多孔含油軸承用方面使用。
作為基礎油使用表1所示的二酯，作為副成分使用表2所示的低粘度潤滑油。按表3～表6所示的比例配合基礎油、低粘度潤滑油、其他的添加劑形為潤滑油組成物。將對該潤滑油組成物測定蒸發率和運動粘度(40℃)的結果或評價結果示於表3～表6。另外，將測定比較例1～4的酯的蒸發率與運動粘度(40℃)的結果示於

圖1。表4～表6示出了潤滑油組成物的作為主體的基礎油使用碳原子數為10的二元羧酸的酯(癸二酸二-2-乙基已酯)，準備幾種改變作為副成分的低粘度潤滑油的混合比例的潤滑油，評價蒸發率和運動粘度(40℃)的結果。還有，在表3～表6所示的比較例與實施例中，添加相同量的作為公知抗氧劑的烷基二苯胺，和作為金屬鈍化劑的苯並三唑及作為抗摩損劑的磷酸三辛酯。另外，表4～表6中，配合量是重量份，剩餘表示潤滑組成物總量為100重量份時的剩餘量。
表1

表2

表3

表4

表5

表6

蒸發率的測定方法如下。
容器φ37×50潤滑油量10g放置溫度120℃(恆溫槽)放置時間300小時測定自最初重量的重量減少率，小於5重量％為合格。
評價標準◎小於2.0重量％○2.0重量％以上，小於5重量％×5重量％以上(不合格)××10重量％以上(不合格)運動粘度的測定根據JIS K2283，40℃時的運動粘度11.8mm2/s以上為不合格。
◎小於11mm2/s○11mm2/s以上小於11.8mm2/s×11.8mm2/s以上(不合格)由表3及圖1看出，二元羧酸二酯油由於二元羧酸的碳原子數為在9以下時蒸發率迅速上升，故必須使用碳原子數為10以上的二元羧酸二酯。另外，40℃時的運動粘度隨碳原子數為減少而降低，若碳原子數為是10以下，則為小於13mm2/s。因此，本發明選擇在蒸發率、運動粘度兩方面均合格的碳原子數為10的二元羧酸形成的酯為主成分，通過混合副成分即粘度比主成分的酯低的潤滑油，調整不僅維持主成分的蒸發特性而且可進一步降低運動粘度(40℃)。另外，作為用於主成分的碳原子數為10的二元羧酸的醇成分，只要是一元醇就沒任何問題，但從粘度、穩定性的方面考慮，優選辛醇。
作為副成分用的低粘度潤滑油，為了降低混合油的粘度，優選粘度比作為主成分的酯的粘度低的低粘度潤滑油。使用閃點低於150℃的低粘度潤滑油時，即使進行最佳量的混合也助長蒸發。
由表4～表6的結果看出，雖然也取決於作為副成分的低粘度潤滑油的種類，但是比例超過20重量％時，蒸發率迅速上升。由於低粘度潤滑油的構成比例大，估計表現強影響、蒸發率增大。因此，低粘度潤滑油的構成比例必須是20重量％以下。低粘度潤滑油的構成比例是3重量％時，與0重量％時的粘度沒有太大差別，但根據進行混合的低粘度潤滑油，有時能滿足粘度、蒸發的兩種特性。雖然僅僅是3重量％，但滿足兩種特性的效果大。尤其是碳原子數為8的DOZ作為副成分的低粘度潤滑油時，可獲得最佳的結果。從低溫流動性、相溶性、潤滑性的方面考慮，優選DOZ作為副成分。
圖2中示出了作為代表例，在碳原子數為10的二元羧酸的二酯中混合作為副成分的DOZ的潤滑劑的蒸發率與運動粘度的測定結果。
如前所述，清楚可見由於潤滑劑的粘度、蒸發特性分別與裝有使用其潤滑劑的軸承裝置的電動機的轉矩、耐久性有相互關係，故軸承裝置中使用本發明制的低粘度且蒸發特性優良的潤滑劑，可兼具電動機的低轉矩化，長壽命化。
作為使用本發明的潤滑油的軸承裝置可列舉如下。
圖3的a是表示流體動壓力軸承一個例子的截面圖。圖中11是套筒，標註相同序號的在圖4及圖5也是相同的名稱。本流體動壓力軸承在軸外周面與套筒內周面的至少任一方設動壓力槽，向其軸外周面與套筒內周面的間隙(軸承間隙部分)注入潤滑油或者採用真空浸漬的方法填充潤滑油，藉助隨軸旋轉產生的潤滑油的動壓力，沿徑向旋轉支撐軸。圖3b是表示在上述a中再設止推軸承部分8，旋轉支撐徑向、止推兩方向類型的流體動壓力軸承一個例子的截面圖。止推軸承由軸的凸緣3、和與其相對形狀加工組裝的套筒11及底板形成，在凸緣面與套筒的相對部分及凸緣面與底板的相對部分各至少任一方設動壓力槽，通過向止推軸承兩方與a所示流體動壓力軸承同樣地注入潤滑油，利用潤滑油隨軸的旋轉而產生的動壓力效果可在徑向、止推方向兩方向支撐軸。再者，雖然圖3的a及b設有動壓力槽，但也可以是沒有動壓力槽的流體軸承。
圖4是表示多孔含油軸承裝置一個例子的截面圖。圖4的a是軸承面為圓形的圓軸承，圖4的b、圖5的C-1及C-2是動壓力型多孔含油軸承。圖4的a及b是軸承面僅為徑向的類型，這些是將預先在軸承體內浸漬潤滑油的多孔含油軸承2壓入套部件5。以用鉚接、粘接等的方法固定的軸承裝置的狀態固定在電動機上，將固定轉子的軸4插入軸承內徑部使用。如果需要，也可在軸插入之前在軸承內徑面適量注入潤滑油。套部件的反轉子側為了防止油洩漏，用密封墊密封。也可使用底部預先做成杯型的套部件。
另外，圖5的C-1及C-2是動壓力型燒結含油軸承的內徑面與一側端，還分別在套筒底部有軸承部分，也有沿徑向、軸向完全非接觸地旋轉支撐帶凸緣軸7的情況，該類型是在套筒內組裝軸、軸承、密封墊後在裝置內浸漬潤滑油、與電動機組裝而使用。由於在裝置的空間內完全浸漬潤滑油、在裝置內沒有空氣的殘留，故運轉中在軸承部分形成連續的油膜，確保高旋轉精度，同時不用擔心因空氣的熱膨脹而漏油。這種類型在一切使用姿勢中可發揮高旋轉精度，故優選用於HDD或手提視頻攝象機等，主軸電動機的使用姿勢橫放或倒立，或者不固定之類的用途的旋轉支撐。這種類型的軸承裝置可直接固定在電動機上，將轉子固定在帶凸緣軸的前端使用。再者，如C-2所示，也可以是將套筒分成圓筒部分9和止推支撐部分10的兩體的套筒分離型。
如前述，可以看出潤滑劑的粘度、蒸發特性由於與裝有使用其潤滑劑的軸承裝置的電動機的轉矩、耐久性分別有相關，故通過軸承裝置中使用本發明制的低粘度且蒸發特性優良的潤滑劑，可兼具電動機的低轉矩化、長壽命化。這裡，作為其證實例，列舉在使用上述軸承裝置的主軸電動機上的耐久試驗結果。圖9是在多點掃描電動機上裝載使用圖4的b所示的壓力型燒結含油軸承的軸承裝置的例子。另外，圖10是在HDD主軸電動機上裝載圖5的C-1所示軸承裝置的例子。圖11示出了在下述條件下對圖9所示多點掃描電動機進行耐久試驗的結果。
耐久試驗條件潤滑油比較例2、實施例1旋轉速度30000rpm環境氣氛溫度60℃
電動機姿勢40°傾斜試驗時間50萬周期(市場要求30萬周期)運轉條件通/斷(1周期36秒)如圖11所示，實施例1的潤滑油組成物與使用比較例2的潤滑油組成物的情況相比是低轉矩(電流值低)，耐久性也充分滿足市場的要求。發明效果流體動壓力軸承，多孔含油軸承、動壓力型多孔含油軸承中，通過使用碳原子數為10的二元羧酸形成的酯為主成分，混合40℃時的粘度低於11mm2/s的潤滑油3～20重量％的潤滑油，不損壞有關信息設備的小型主軸電動機用軸承的耐久性，可實現低轉矩化。
權利要求
1.潤滑油組成物，其特徵在於，以(A)醇與碳原子數為10的二元羧酸的酯為基礎油、含有(B)在40℃時的運動粘度低於11mm2/s的低粘度潤滑油3～20重量％。
2.權利要求1所述的潤滑油組成物，其特徵在於(A)基礎油由碳原子數為8的醇與碳原子數為10的二元羧酸的酯組成。
3.權利要求1所述的潤滑油組成物，其特徵在於(B)低粘度潤滑油的閃點是150℃以上。
4.權利要求1～3的任一項所述的潤滑油組成物，其特徵在於(B)低粘度潤滑油是壬二酸二辛酯。
5.潤滑油組成物，其特徵在於，以(A)碳原子數為6-10的一元飽和脂肪族醇與碳原子數為10的二元飽和脂肪族羧酸的二酯為基礎油，含有(B)在40℃時的運動粘度低於11mm2/s的低粘度潤滑油3～20重量％。
6.流體軸承裝置，其特徵在於設置通過介於軸外周面與套筒內周面的間隙的潤滑油的油膜壓力支撐旋轉軸的軸承部分，作為潤滑劑使用權利要求1～5的任一項所述的潤滑油組成物。
7.流體動壓力軸承裝置，其特徵在於在軸外周面與套筒內周面的任何一方設動壓力發生槽，作為潤滑劑使用權利要求1～5的任一項所述的潤滑油組成物。
8.多孔含油軸承裝置，其特徵在於具有浸漬權利要求1～5的任何一項所述潤滑油組成物的多孔含油軸承。
9.權利要求8所述的多孔含油軸承裝置，其特徵在於多孔含油軸承是動壓力型多孔含油軸承。
10.多孔含油軸承，其特徵在於浸漬權利要求1～5的任何一項所述的潤滑油組成物。
11.權利要求10所述的多孔含油軸承，其特徵在於多孔含油軸承是動壓力型多孔含油軸承。
12.主軸電動機，其特徵在於具有權利要求6～9的任一項所述的軸承裝置。
全文摘要
提供耐久性、低轉矩好的軸承用潤滑油，同時提供適用於有關信息設備的小型主軸電動機用軸承的流體動壓力軸承、多孔含油軸承、動壓力型多孔含油軸承。以(A)碳原子數為6－10的一元飽和脂肪族醇與碳原子數為10的二元飽和脂肪族羧酸的二酯構成的基礎油，含有(B)40℃時的運動粘度低於11mm
文檔編號C10M169/04GK1428407SQ0216083
公開日2003年7月9日 申請日期2002年12月27日 優先權日2001年12月27日
發明者長野克己, 大條義彥, 三上英信, 慄村哲彌 申請人:新日鐵化學株式會社, Ntn株式會社