流體軸承裝置及使用了該裝置的主軸馬達的製作方法

2023-12-03 04:07:51 1

專利名稱：流體軸承裝置及使用了該裝置的主軸馬達的製作方法
技術領域：
本發明涉及動壓型流體軸承裝置及使用了該裝置的主軸馬達。
技術背景流體軸承由軸和支承軸的套筒組成，在兩者對置的間隙中存在有潤滑劑。 通過在軸或者套筒內形成的動壓發生槽，隨著軸的旋轉，潤滑劑集中在一起， 產生壓力，軸被套筒以非接觸狀態支承。藉此可以實現高速旋轉，還能減弱旋 轉時的噪音。裝載了該流體軸承裝置的主軸馬達，因為具有媒體記錄密度提高所不可缺少的良好的旋轉精度、耐衝擊性和靜肅性，所以正成為以磁碟裝置為代表的信息設置用和音響影像機器用馬達的主流。因此，近年來從機器的小型化、節能化觀點看，迫切希望降低主軸馬達的消耗電流，尤其希望減小對馬達的消耗電流影響較大的流體軸承裝置的轉矩。由於流體軸承裝置的轉矩與所充填的潤滑劑的粘度成正比，所以使用粘度更低的潤滑劑對減小轉矩有效。以往提出了作為潤滑劑使用了癸二酸二辛酯(DOS)、壬二酸二辛酯(DOZ)、 己二酸二辛酯(DOA)等的流體軸承裝置；使用了新戊二醇的辛酸和正癸酸的混 合酯的流體軸承裝置(日本專利特開2000—336383號公報)；使用了新戊二醇和 碳原子數6 12的一元脂肪酸和/或其衍生物製得的酯的流體軸承裝置(日本專 利特開2001 — 316687號公報)；使用了由e位或者P， P ，位上具有烷基側鏈的 二醇成分衍生而來的多元醇酯的流體軸承裝置(日本專利特開2002—195252號公報)等。但是，這些以往例的流體軸承裝置雖然其轉矩可能減小，但由於潤滑劑的耐熱 性低，所以存在蒸發量增大、裝置使用壽命縮短、裝置可靠性不能充分保證的問題。 另外，考慮該潤滑劑的蒸發量，充填了必需量以上的過量的潤滑劑的情況下，存在 著相應的轉矩增加、成本提高以及很難實現小型化以確保空間的問題。鑑於上述課題，本發明的目的在於提供轉矩小、耗電量低、可靠性高、且最適合於小型化的流體軸承裝置以及使用了該裝置的主軸馬達，作為該裝置的 潤滑劑，含有碳原子數4 8、在e位不具有垸基側鏈的二元醇和1種以上的碳 原子數9 13的飽和一元脂肪酸形成的二酯。發明內容為了解決上述問題，本發明具有以下構成。 本發明1的流體軸承裝置是軸和套筒的至少一方具有動壓發生槽、在上述 軸和上述套筒對置的間隙存在有潤滑劑的流體軸承裝置，上述潤滑劑含有碳原子數4 8、在0位不具有烷基側鏈的二元醇和1種以上的碳原子數9 13的飽 和一元脂肪酸形成的二酯，上述間隙為1 5um的徑向半徑間隙。流體軸承裝置的潤滑劑含有碳原子數4 8、在P位不具有垸基側鏈的二元 醇和1種以上的碳原子數9 13的飽和一元脂肪酸形成的二酯。因此，與以往 的潤滑劑相比，其粘度低，所以可構成低轉矩的流體軸承裝置。此外，因為潤 滑劑的耐熱性高，可降低蒸發量，所以每一臺裝置的潤滑劑的充填量減少，可 降低成本和實現裝置的小型化。本發明的上述構成可以實現轉矩低、耗電量少、 可靠性高、且適合於小型化的流體軸承裝置。利用本發明的構成，因為能充分發揮潤滑劑的特性，所以可獲得徑向半徑 間隙最佳、低轉矩且高剛性的流體軸承裝置。本發明2的流體軸承裝置進一步限定本發明1的流體軸承裝置，上述1種 以上的碳原子數9 13的飽和一元脂肪酸為2種以上的碳原子數9 13的飽和 一元脂肪酸。通過使用混合碳原子數和分子結構不同的飽和脂肪酸而製得的二酯作為潤 滑劑，與使用單一的潤滑劑時相比，更能提高低溫流動性和蒸發特性等。利用 本發明的構成，在裝置的可靠性提高的同時，還能夠擴大可使用的溫度範圍。本發明3的流體軸承裝置進一步限定本發明2的流體軸承裝置，上述2種 以上的碳原子數9 13的飽和一元脂肪酸的至少1種是直鏈型飽和一元脂肪 酸。通過使用含有直鏈型飽和一元脂肪酸的潤滑劑，與僅含有支鏈型的情況相 比，具有高耐熱性，而且可抑制粘度隨溫度的變化。利用本發明的構成，可提 高流體軸承裝置的可靠性，還能抑制轉矩隨溫度的變化。本發明4的流體軸承裝置進一步限定本發明3的流體軸承裝置，上述2種以上的碳原子數9 13的飽和一元脂肪酸為碳原子數相同的飽和一元脂肪酸。 碳原子數不同的飽和一元脂肪酸，由於其中任一種的耐熱性和密度等特性 都大不一樣，所以裝置的性能不穩定。利用本發明的構成，因為2種以上的飽 和一元脂肪酸的碳原子數是相同的，所以能使裝置的性能穩定，獲得可靠性高 的流體軸承裝置。本發明5的流體軸承裝置進一步限定本發明1的流體軸承裝置，上述碳原 子數4 8、在e位不具有垸基側鏈的二元醇是3—甲基一l， 5 —戊二醇，上述 碳原子數9 13的飽和一元脂肪酸是碳原子數9或者10的飽和一元脂肪酸。利用本發明的構成，潤滑劑的耐熱性和低溫流動性更優異。因此，可獲得 裝置可靠性提高、即使在低溫範圍也可旋轉啟動的高性能的流體軸承裝置。利用本發明的構成，由於碳原子數9或者10的一元脂肪酸對於潤滑劑的性 能平衡特別有用，因此最適合於低轉矩、耗電量少、可靠性高的流體軸承裝置。本發明6的流體軸承裝置進一步限定本發明1的流體軸承裝置，每臺流體 軸承裝置中的上述潤滑劑所含的比上述間隙的最小尺寸大的無機物系雜質在iooo個以下。利用本發明的構成，因為混入潤滑劑中的雜質少，所以轉矩變化小，不會招致 急劇的轉矩增加和軸承的震動。因此可獲得高性能且可靠性高的流體軸承裝置。本發明的第1主軸馬達具備本發明1的流體軸承裝置。利用本發明的構成，可獲得馬達的消耗電流低、高性能且可靠性高的主軸 馬達。本發明7的流體軸承裝置是軸和套筒的至少一方具有動壓發生槽、在上述 軸和上述套筒對置的間隙存在有潤滑劑的流體軸承裝置，上述潤滑劑含有碳原子數4 8、在e位不具有烷基側鏈的二元醇和1種以上的碳原子數6 10的飽 和二元酸及1種以上的碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸形成的酯，上述間隙 為1 5ii m的徑向半徑間隙。流體軸承裝置的潤滑劑含有碳原子數4 8、在3位不具有烷基側鏈的二元 醇和1種以上的碳原子數6 10的飽和二元酸及1種以上的碳原子數5 13的 飽和一元脂肪酸形成的酯。因此，與以往的潤滑劑相比，其粘度低，可獲得低 轉矩的流體軸承裝置。此外，因為潤滑劑的耐熱性高，可降低蒸發量，所以每 一臺裝置的潤滑劑的充填量減少，能夠降低成本和實現裝置的小型化。利角本 發明的構成，可獲得低轉矩、耗電量低、可靠性高且適合於小型化的流體軸承裝置。利用本發明的構成，因為能充分發揮潤滑劑的特性，所以可獲得徑向半徑 間隙最佳、低轉矩且高剛性的流體軸承裝置。本發明8的流體軸承裝置進一步限定上述本發明7的流體軸承裝置，上述1種以上的碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸為2種以上的碳原子數5 13的飽 和一元脂肪酸。利用本發明的構成，通過使用混合碳原子數和分子結構不同的飽和脂肪酸而制 得的酯作為潤滑劑，與使用成分單一的潤滑劑相比，更能提高低溫流動性和蒸發特 性等。利用本發明的構成，在裝置的可靠性提高的同時，還能夠擴大可使用的溫度範圍。本發明9的流體軸承裝置進一步限定上述本發明8的流體軸承裝置，上述2 種以上的碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸的至少1種為直鏈型飽和一元脂肪酸。通過使用含有直鏈型飽和一元脂肪酸的潤滑劑，與僅存在支鏈型的情況下相 比，更具有高耐熱性，而且可抑制粘度隨溫度的變化。利用本發明的構成，可提高 流體軸承裝置的可靠性，還可抑制轉矩隨溫度的變化。本發明10的流體軸承裝置進一步限定上述本發明9的流體軸承裝置，上述 2種以上的碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸為碳原子數相同的飽和一元脂肪 酸。碳原子數不同的飽和一元脂肪酸，由於其中任一種的耐熱性和密度等特性 都大不一樣，所以裝置的性能不穩定。利用本發明的構成，因為2種以上的飽 和一元脂肪酸的碳原子數相同，所以可使裝置的性能穩定，能夠獲得可靠性高 的流體軸承裝置。本發明11的流體軸承裝置進一步限定上述本發明7的流體軸承裝置，上述 碳原子數4 8、在P位不具有烷基側鏈的二元醇是3—甲基一1， 5 —戊二醇， 上述碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸是碳原子數7 10的飽和一元脂肪酸。利用本發明的構成，潤滑劑的耐熱性和低溫流動性非常好。因此，裝置的 可靠性高，可獲得即使在低溫範圍也能旋轉啟動的高性能的流體軸承裝置。利用本發明的構成，由於碳原子數7 10的飽和一元脂肪酸對於潤滑劑的 性能平衡特別有用，因此最適合於低轉矩、耗電量少、可靠性高的流體軸承裝 置。本發明12的流體軸承裝置進一步限定上述本發明7的流體軸承裝置，每臺 流體軸承裝置中的上述潤滑劑所含的比上述間隙的最小尺寸大的無機物系雜質在1000個以下。利用本發明的構成，因為混入潤滑劑中的雜質少，所以轉矩變化小，不會 招致急劇的轉矩增加和軸承的震動。藉此可以獲得高性能且高可靠性的流體軸 承裝置。此外，本發明的第2主軸馬達具備上述本發明7的流體軸承裝置。 利用本發明的構成，可以獲得馬達的消耗電流低、高性能且高可靠性的主軸馬達。本發明的流體軸承裝置以及使用了該裝置的主軸馬達，通過使用低粘度、 耐熱性優異的潤滑劑，可以獲得低轉矩、耗電量小、可靠性高、適合於小型化 的流體軸承裝置以及使用了該裝置的主軸馬達。發明的新特徵為權利要求書中特別記載的內容，本發明參照附圖對有關構 成和內容與其它目的及特徵一起進行說明詳細理解，希望能夠對本發明有更好 的理解。


圖1是本發明的實施方式3的具有軸旋轉式流體軸承裝置的主軸馬達的剖 面圖。圖2是本發明的實施方式1的軸固定式流體軸承裝置的剖面圖。 圖3是表示實施例1 10以及比較例1和2的各數據的測定結果的表格。 附圖的一部分或者全部是為圖示而作的簡單表達，並不一定忠實地表示所 示要素的實際的相對大小和位置，故請參考。
具體實施方式
以下就本發明的流體軸承裝置以及使用了該裝置的主軸馬達的較好實施方 式1 3進行說明。 《實施方式1》 使用圖2對本發明的實施方式l進行說明。圖2表示軸固定式流體軸承裝置的剖面概況。在圖2中，示出了基座la、 軸2、徑向動壓發生槽2a及2b、推力凸緣3、推力動壓發生槽3a、套筒4、潤滑劑8、推力板9、徑向半徑間隙IO。在外周面形成了人字形的徑向動壓發生槽2a、 2b的軸一端固定推力凸緣 3，構成軸部。軸2的另一端被壓入固定於基座la內。軸部被插入套筒4的軸 承孔內，在套筒4與推力凸緣3對向安裝了推力板9以堵塞另一軸承孔。另外， 在與推力板9對置的推力凸緣3的表面形成螺旋狀的推力動壓發生槽3a。在這 些軸承孔和軸部的間隙之間充填潤滑劑8。伴隨著旋轉，潤滑劑8由在軸2形 成的徑向動壓發生槽2a、 2b收集在一起，在軸2和套筒4的徑向半徑間隙10 產生壓力，因此，套筒4在徑向以非接觸狀態支承軸2。另外，在推力方向由 推力動壓發生槽3a收集潤滑劑8而產生壓力，所以推力板9上浮，以非接觸狀 態支承推力凸緣3。作為潤滑劑8，使用碳原子數4 8、在P位不具有垸基側鏈的二元醇和碳 原子數9 13的飽和一元脂肪酸形成的二酯。其結果是，比以往相比，轉矩小， 可以長時期運轉。該二酯可以在催化劑存在下或者無催化劑條件下，使規定的 醇成分和酸成分按公知的酯化反應方法進行反應而合成。醇成分是碳原子數4 8、在e位不具有烷基側鏈的二元醇。作為該二元醇，可以例舉直鏈型或在e位以外具有側鏈的支鏈型，但是，從低溫流動性好這一 理由來看，最好的是在e位以外具有側鏈的支鏈型。另外，從耐熱性好這一理由來看，最好的是在a位、y位、5位具有一個烷基側鏈的支鏈型。烷基側鏈 以甲基、乙基、丙基等低級烷基為佳，從粘度更低，能夠減小軸承轉矩這一理 由來看，以甲基為佳。具體可例舉l一甲基一l， 3 —丙二醇、l一甲基一l， 4 一丁二醇、1 —甲基一l， 5 —戊二醇、1—甲基一l， 6—己二醇、l一甲基一l， 7 —庚二醇、3—甲基一1， 5 —戊二醇、3—甲基一1， 6—己二醇、3—甲基一1， 7 —庚二醇、4一甲基一1， 7 —庚二醇等，但從耐熱性好、提高軸承可靠性的理 由來看，以3—甲基一1， 5 —戊二醇為佳。作為酸成分的碳原子數9 13的飽和一價脂肪酸因為不含不飽和鍵，所以 熱穩定性和氧化穩定性高，即使在高溫環境下和高速旋轉下也難以引起劣化。 因此，從裝置壽命延長的理由考慮，更好的是不飽和一元脂肪酸。在此情況下， 碳原子數9 13的飽和一元脂肪酸可以只使用l種也可以使用2種以上。使用 2種以上的情況下，可以例舉碳原子數相同的直鏈型和支鏈型，碳原子數相同、 但支鏈位置不同的支鏈型，碳原子數不同的直鏈型，碳原子數不同的直鏈型和 支鏈型，碳原子數不同的支鏈型等的組合。更好的是至少使用l種以上耐熱性好、可提高裝置可靠性的直鏈型。由l種醇成分和2種酸成分形成的二酯，可 以得到一分子中僅結合了l種酸成分的單一結構的二酯2種，以及一分子中結合了2種酸成分的混合結構的二酯1種，合計3種酯的混合物。另外，碳原子 數為8以下的情況下，軸承與小轉矩的情況相反，存在耐熱性變低，蒸發量增 加的傾向，必須增加潤滑劑的充填量，所以對降低成本和小型化方面不利。另 一方面，碳原子數在14以上的情況下，粘度變大，除了不能夠獲得軸承的轉 矩減小的效果之外，還存在低溫流動性劣化的傾向，有時無法在低溫範圍內旋 轉啟動。具體來說可以例舉正壬酸、正癸酸、正十一垸酸、正十二烷酸、正十 三垸酸、異壬酸、3， 5， 5 —三甲基己酸、異癸酸、異十一垸酸、異十二垸酸、 異十三垸酸等。在碳原子數9 13的飽和一元脂肪酸中，較好的是碳原子數9 IO的飽和一元脂肪酸。碳原子數9 10的直鏈型的正壬酸、正癸酸，因為其耐 熱性和低粘度化良好，所以對軸承可靠性的提高和低轉矩化有效。此外，碳原 子數9 10的支鏈型異壬酸、3， 5， 5 —三甲基己酸、異癸酸，因為耐熱性和 低溫流動性良好，所以對軸承可靠性的提高和確保低溫範圍的旋轉啟動有效。另外，本發明的潤滑劑8還可以是在碳原子數4 8、在P位不具有烷基側 鏈的二元醇和碳原子數9 13的飽和一價脂肪酸形成的二酯中作為添加油混合 了其它種類的油的潤滑劑。添加油可以按照粘度的降低和調整，以及耐熱性的 提高，輔助和完善其它性能等目的，適當進行選擇。具體來說，可以例舉礦物 油、聚a—烯烴、垸基芳香族、聚乙二醇、二苯醚、多元醇酯、二元酸二酯、 磷酸酯等已知的化合物。這些添加油可以混合l種或2種以上。其中，多元醇 酯以及二元酸二酯的耐熱性高，在低溫下的流動性好，所以對提高軸承裝置的 可靠性和確保低溫範圍的旋轉啟動有效。作為多元醇酯，可以例舉新戊二醇、 三羥甲基丙烷、季戊四醇和脂肪酸的酯類，作為二元酸二酯，可以例舉癸二酸 二辛酯(DOS)、壬二酸二辛酯(DOZ)、己二酸二辛酯(DOA)、己二酸二異壬酯、 己二酸二異癸酯等。另外，還可以在潤滑劑8中摻入添加劑。添加劑可以根據基油性能的提高 和完善為目的，選擇公知的化合物。具體來說，可以摻入l種或者2種以上的 防氧化劑、防鏽劑、金屬減活劑、油性劑、極壓添加劑、摩擦調整劑、防磨耗 劑、粘度指數提高劑、流動點下降劑、消泡劑、導電劑、清淨分散劑等。添加 劑因為會隨著劣化而產生氣體或引發變質，使軸承以及裝置的性能下降，所以 摻合總量應該控制在最小用量限度內。為了提高流體軸承裝置的長期可靠性，防氧化劑特別是必不可缺的。具體 來說，分子中不含硫和氯的酚系或者同樣的胺系防氧化劑用於流體軸承裝置最 合適。分子中含有硫和氯的添加劑在分解後會產生腐蝕性氣體，對裝置性能可 能產生重大影響。這些防氧化劑可以單獨使用也可以並用。其中，最好的是在80 10(TC以上的高溫環境下使用、該裝置也能發揮充分的效果、並維持較高 的耐熱性的含有2個以上的酚基的酚系防氧化劑。此外，最好選擇不會使低溫 下的流動性降低、可容易地使裝置旋轉啟動的液狀防氧化劑。另外，採用低粘度、表面保護吸附膜較薄的本發明的潤滑劑8的情況下， 流體軸承裝置的啟動及停止時產生的軸和套筒的接觸所伴隨的摩擦磨耗有時比以往的要大。為此，除了上述防氧化劑之外，最好還添加在軸和套筒的金屬 表面易形成保護膜、分子中不含硫及氯的金屬減活劑及油性劑的至少一種作為 添加劑。具體來說，作為分子中不含硫及氯的金屬減活劑，推薦苯並三唑系化 合物，作為油性劑，推薦碳原子數15以上的一元脂肪酸，例如正十四烷酸、 正十六垸酸、正十八烷酸等。另外，由於流體軸承裝置的啟動停止時產生的軸與套筒接觸所伴隨的摩擦 和磨耗的發熱，所以，作為各種添加劑公知的常用金屬鹽有時會與潤滑劑的酯 分解而得的羧酸起反應，形成羧酸鹽沉澱物，因此最好不要使用。另外，在軸承構成相同的情況下，潤滑劑8的粘度越高，馬達消耗電流越 大。因此。潤滑劑8的粘度以低為佳。但是，潤滑劑8的粘度低的情況下，為 了保持軸的剛性，必須減小徑向半徑間隙10，這樣雜質等引起軸承的旋轉震動 的可能性增大，裝置的可靠性降低。因此，潤滑劑8的粘度在2(TC下為5 35mPa' s、更好為5 30mPa' s、特別好為10 25 mPa' s時，本發明的潤滑 劑的效果可以利用到最大限度。另外，馬達的轉速一般採用4200 rpm、5400 rpm、 7200 rpm、 10000rpm、 15000rpm等。此外，軸2和套筒4的徑向半徑間隙IO為1 5um的情況下，較好為1.5 4um、更好為1.5 3ixm的情況下，軸承可以充分發揮本發明的潤滑劑8的低 粘度化的效果。由於轉矩與間隙的倒數成正比，剛性與間隙的n次方的倒數成 正比，所以必須要有對應於潤滑劑粘度的間隙。如果在上述範圍內，則使用本 發明的潤滑劑的情況下，容易得到低轉矩和軸承所需的剛性。本發明的潤滑劑 因為粘度低，所以要在高溫下確保與以往的潤滑劑同等的軸剛性的情況下，必 須比以往稍微縮小一點徑向半徑間隙。但是，徑向半徑間隙如果未滿lum，則即便使用本發明的潤滑劑8，因為間隙的影響大，所以減小軸承轉矩的效果 不佳。另外，由於混入雜質和啟動停止時產生的磨耗粉的影響，非常容易引起 軸承的震動，所以裝置的可靠性下降。另外，軸和套筒必須要有高加工精度和組裝精度，這也成為製造成本增加的原因。如果徑向半徑間隙大於5um，則 與本發明所用的潤滑劑8的低粘度化效果相反，間隙的影響變大，軸承剛性下降，經不住實際使用。另外，由於軸的偏心率變大，所以作為安裝在主軸馬達 的記錄媒體的磁碟等的旋轉面的震動變大，導致記錄再生位置的精度下降和信 號強度產生偏差的問題，無法滿足磁碟裝置的性能要求。另外，由於潤滑劑和 空氣的接觸面積增大，所以潤滑劑的氧化劣化加速，使軸承壽命縮短，因此不 合適。另外，軸2的直徑較好為1 4mm。軸2直徑未滿lmm的情況下，為了確 保軸承的剛性，就必須大大縮小間隙，加大軸長，如果間隙縮小就會出現上述 問題。為了小型化，對軸的長度的限制是很嚴的，所以滿足不了必要的性能。 軸2直徑大於4mm的情況下，剛性有所提高，但是因為轉矩變大，所以潤滑 劑8的效果不能發揮。從與徑向半徑間隙IO組合考慮，以直徑1.5 3.5mm為 佳，更好是直徑1.5 3mm，這種情況下，本發明的潤滑劑的效果可以最大限 度地被利用。作為軸2的材質，以不鏽鋼最合適。不鏽鋼與其它金屬相比，因潤滑劑8 的酯合成時產生的酸等所引起的軸的腐蝕小，硬度高，能夠抑制磨耗發生量， 所以較好的是低粘度、表面保護吸附膜薄的本發明的潤滑劑8。更好的是馬氏 體系不鏽鋼。本發明的潤滑劑8要經過濾處理再充填到軸承內，以將每臺軸承裝置中混 入的比作為軸2和套筒4對置的最小間隙的徑向半徑間隙IO大的無機物系雜質數目控制在1000個以下。該無機物系雜質是以主軸馬達的結構材料和工藝 中使用的模具及空氣中的浮遊物等為發生源的含有鐵、鉻、銅、鋁、矽等元素的微粒子。這些無機物雜質不僅成為轉矩增大和變動的主要因素，而且固定在 軸和套筒上，可能會招致軸承發生震動，所以最好在可能的限度內減少之。潤 滑劑的過濾處理，用最小徑向半徑間隙的尺寸以下孔徑的濾紙進行加壓過濾或 減壓過濾。雜質的計數通過將上述過濾處理後的潤滑劑再用孔徑在最小徑向半 徑間隙的尺寸以下的濾紙進行過濾，然後採用光學或電子顯微鏡對濾紙上的比 徑向半徑間隙IO大的無機物雜質進行計數等方法進行。從供過濾處理的潤滑劑的量和比徑向半徑間隙IO大的無機物雜質數目，換算成對應於每一臺軸承 裝置的潤滑劑的充填量的個數。雜質中雖然還有纖維等有機物系，但是由於有 機物系雜質是軟性的，所以導致軸承發生震動的可能性比無機物系雜質要小。另外，套筒4最好使用銅合金、鐵合金、不鏽鋼、陶瓷、樹脂等很難被酸 腐蝕的材料。進而言之，從耐磨耗性、加工性、成本方面看，使用銅合金、鐵 合金、不鏽鋼更好。另外，從成本面看，也可以是燒結材料，使潤滑劑含浸於 燒結材料時可得到相同的效果。此外，可以對套筒材料的一部分表面或整個表 面，通過電鍍法、物理蒸鍍法、化學蒸鍍法、擴散被膜法等進行表面改性。徑向動壓發生槽形成於軸的外周，但是在套筒的軸承孔面形成也可以，或 者在軸的外周面以及套筒的軸承孔面兩個地方均形成。此外，推力動壓發生槽 可以僅形成於與推力板對置的推力凸緣的表面，或者僅形成於與推力凸緣對置 的推力板側的表面，或者僅在推力凸緣的內面形成，或上述三處中的兩處以上 形成。此外，徑向及推力動壓發生槽採用人字型、螺旋型中的任一種形狀都能夠 得到同樣的效果。另外，本發明的實施方式是將軸部單端固定，在兩端固定的情況下，將套 筒的軸承孔兩端開放時也可以得到同樣的效果。《實施方式2》本發明的實施方式2再用圖2進行說明。在本實施方式中，除了潤滑劑8 的成分不同這一點之外，其餘與實施方式l同樣。潤滑劑8不使用碳原子數4 8、在0位不具有烷基側鏈的二元醇和碳原子 數9 13的飽和一元脂肪酸酸形成的二酯，而是換成使用碳原子數4 8、在P 位不具有烷基側鏈的二元醇和碳原子數6 10的飽和二元酸及碳原子數5 13 的飽和一元脂肪酸形成的酯，在這一點上與實施方式1的潤滑劑8不一樣。除 此以外都與實施方式1的潤滑劑8同樣。潤滑劑8通過使用碳原子數4 8、在0位不具有垸基側鏈的二元醇和碳原 子數6 10的飽和二元酸以及碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸形成的酯，比 以往的轉矩更小，可以長時間旋轉使用。該酯通過將規定的醇成分和酸成分在 催化劑存在下或者無催化劑條件下，採用公知的酯化反應進行合成。醇成分是碳原子數4 8、在e位不具有垸基側鏈的二元醇。作為該二元醇，可以例舉直鏈型或者在P位以外具有側鏈的支鏈型，但是從低溫流動性優異這 一理由考慮，最好是e位以外具有側鏈的支鏈型。另外，從耐熱性優異的理由 考慮，最好是在a位、Y位、S位上具有一個垸基側鏈的支鏈型。作為垸基側鏈，以甲基、乙基、丙基等低級烷基為佳，從粘度更低，能夠減小軸承轉矩這 一理由來看，以甲基更佳。具體來說，可例舉l一甲基一l， 3 —丙二醇、l一甲 基一l， 4一丁二醇、l一甲基一l， 5 —戊二醇、l一甲基一1， 6—己二醇、l一 甲基一l， 7 —庚二醇、3—甲基一1， 5 —戊二醇、3—甲基一1， 6—己二醇、3 一甲基一l， 7 —庚二醇、4一甲基一1， 7 —庚二醇等。但從耐熱性好、提高軸 承可靠性的理由來看，以3—甲基一1， 5 —戊二醇為佳。酸成分是碳原子數6 10的飽和二元酸和碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸。作為碳原子數6 10的飽和二元酸，可以例舉己二酸、庚二酸、辛二酸、 壬二酸、癸二酸等。其中，從成本面看，以己二酸、壬二酸、癸二酸為佳，尤 其好的是己二酸，它的分子量較低，對減小軸承轉矩有效。如果碳原子數在5 以下，則與軸承轉矩減小相反，由於耐熱性低、蒸發量增加，所以潤滑劑的充 填量必須增加，對降低成本和小型化均不利。碳原子數在11以上的情況下， 粘度變大，無法期待軸承轉矩減小的效果。碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸可以僅用1種也可以用2種以上。使用2 種以上的情況下，可以例舉碳原子數相同的直鏈型和支鏈型，碳原子數相同但 支鏈位置不同的支鏈型，碳原子數不同的直鏈型，碳原子數不同的直鏈型和支 鏈型，碳原子數不同的支鏈型等的組合。最好使用至少1種以上的耐熱性好、 裝置可靠性可提高的直鏈型。碳原子數為4以下的情況下，與軸承轉矩減小相 反，存在耐熱性變低、蒸發量增加的傾向，必須增加潤滑劑的充填量，所以對 降低成本和小型化方面不利。另一方面，碳原子數如果在14以上，則粘度變 大，無法期待軸承轉矩減小的效果，而且有低溫流動性劣化的傾向，有時出現 在低溫範圍不能旋轉啟動的情況。碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸中，最好 的是碳原子數7 10的飽和一元脂肪酸。碳原子數7 10的直鏈型由於耐熱性 和低粘度化優異，所以在提高軸承的可靠性和減小轉矩方面有效。碳原子數7 IO的支鏈型，由於耐熱性和低溫流動性優異，所以在提高軸承的可靠性和確保 低溫範圍的旋轉啟動有效。具體例子可以例舉正庚酸、正辛酸、正壬酸、正癸 酸、異庚酸、異辛酸、2—乙基己酸、異壬酸、3， 5， 5 —三甲基己酸、異癸酸等。雖然對作為酸成分的碳原子數6 10的飽和二元酸和碳原子數5 13的飽 和一元脂肪酸的使用比例沒有限定，但是最好讓碳原子數5 13的飽和一元脂 肪酸的比例大一些，這樣耐熱性更高，並可提高軸承的可靠性。此情況下的比 例設定為以酸成分全體為100時的摩爾比。例如，作為酸成分使用的碳原子數 6 10的飽和二元酸和碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸的摩爾數相同的情況 下，摩爾比設定為50: 50。其中，碳原子數6 10的飽和二元酸以摩爾比20 以下為佳，摩爾比10以下更好。另外，本發明的潤滑劑8還可以在碳原子數4 8、在13位不具有烷基側鏈 的二元醇和碳原子數6 10的飽和二元酸及碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸 形成的酯中混合其它種類的油作為添加油而製得。添加油可以粘度的降低和調 整以及耐熱性的提高、輔助和完善其它性能等為目的，適當進行選擇。具體來 說，可以例舉礦物油、聚ct一烯烴、烷基芳香族、聚乙二醇、二苯醚、多元醇 酯、二元酸二酯、磷酸酯等已知的化合物。這些添加油可以混合1種或2種以 上。其中，多元醇酯以及二元酸二酯的耐熱性高，低溫下的流動性好，所以對 提高軸承裝置的可靠性和確保低溫範圍的旋轉啟動都有效。作為多元醇酯，可 以例舉新戊二醇、三羥甲基丙垸、季戊四醇和脂肪酸的酯，作為二元酸二酯， 可以例舉癸二酸二辛酯(DOS)、壬二酸二辛酯(DOZ)、己二酸二辛酯(DOA)、己 二酸二異壬酯、己二酸二異癸酯等。《實施方式3》 用圖l對本發明的實施方式3進行說明。圖1是實施方式3中具有軸旋轉式的流體軸承裝置的主軸馬達的剖面圖。 在本實施方式中，以下各點，即把流體軸承裝置從軸固定方式轉變為軸旋轉方 式這一點，用基座1代替基座la這一點，以及具有襯套5、轉子磁鐵6和定子 線圈7這一點，與圖2的流體軸承裝置不一樣。除此以外都與實施方式1相同， 對成為相同或者均等的構成的部件賦予相同的符號，且省略對其的詳細的說 明。在外周面形成了人字形的徑向動壓發生槽2a、 2b的軸2的一端固定推力凸 緣3，在另一端壓入安裝磁碟等用的襯套5，形成旋轉部。另一方面，將接受 旋轉部的套筒4壓入基座1中，其一端安裝了推力板9，形成固定部。在套筒4的軸承孔插入軸部使推力板9和推力凸緣3對置。在與推力板9對置的推力 凸緣3的表面形成人字形的推力動壓發生槽3a。在這些軸承孔與軸部的間隙充 填潤滑劑8，形成軸承裝置。另外，在形成於基座1的壁部設置定子線圈7， 在襯套5的內周面與定子線圈7對置安裝轉子磁鐵6，構成馬達驅動部。一旦由該馬達驅動部旋轉驅動旋轉部，則與實施方式l同樣，在徑向方向 和推力方向對潤滑劑8產生動壓，旋轉部與固定部以非接觸狀態被旋轉支承。另外，在主軸馬達中，通常將1張以上的鋁製或者玻璃制的磁碟裝在襯套5 上。其中，本發明對搭載2.5英寸以下的小型磁碟的主軸馬達有效。以下，通過實施例1 10、比較例l及比較例2進一步說明本發明的主軸馬 達以及本發明的流體軸承裝置的潤滑劑。在實施例1 10、比較例1及比較例2中，都摻入了作為防氧化劑的含有2 個酚基的酚系化合物4，4，-亞甲基雙-2, 6-二叔丁基苯酚0.5重量％。另外，本發 明所示的添加劑的配比量，即重量％是相對於包含基油和添加劑的潤滑劑的總 重量的比例。另外，不管哪種潤滑劑，都預先用孔徑2.5pm以下的濾紙進行過減壓過濾 處理以除去雜質。 C實施例1)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和正壬酸形成的二酯作為潤滑劑。 (實施例2)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和正癸酸形成的二酯作為潤滑劑。 (實施例3)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和正壬酸/正癸酸(摩爾比50: 50)形成的二酯作 為潤滑劑。(實施例4)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和3， 5， 5 —三甲基己酸形成的二酯作為潤滑劑。 (實施例5)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和正壬酸/3， 5， 5 —三甲基己酸(摩爾比60: 40)形成的二酯作為潤滑劑。 (實施例6)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和己二酸/正壬酸(摩爾比5: 95)形成的酯作為潤滑劑。(實施例7)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和癸二酸/正辛酸(摩爾比11: 89)形成的酯作為潤滑劑。(實施例8)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和己二酸/正辛酸(摩爾比11: 89)形成的酯作為潤滑劑。(實施例9)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和己二酸/正壬酸/2—甲基己酸(摩爾比12: 44: 44)形成的酯作為潤滑劑。(實施例10)以3—甲基一1， 5 —戊二醇和己二酸/正辛酸/正癸酸(摩爾比5: 57: 38)形成 的酯作為潤滑劑。(比較例1)以新戊二醇和正壬酸形成的酯作為潤滑劑。 (比較例2)將作為二酯的癸二酸二辛酯(DOS )用作潤滑劑。將上述實施例1 10、比較例1以及比較例2的潤滑劑按規定的相同量充填， 構成具備軸和套筒的徑向半徑間隙為2.5 w m 、軸由直徑3mm的馬氏體系不鏽 鋼形成、套筒由銅合金形成的流體軸承裝置的主軸馬達，在0"C及2CTC的環境 下，測定旋轉數為5400rpm的馬達消耗電流。另外，以比較例1的2(TC的馬達消耗電流值為100，示出各例的馬達消耗 電流。其測定結果示於圖3的表。再把上述主軸馬達置於一2(TC及一4(TC的環 境下5小時，之後確認各主軸馬達在一2(TC及一4(TC下可否旋轉啟動。另外，在IO(TC下連續運轉500小時之後，拆下襯套，對套筒的開放端和軸 的間隙，即被潤滑劑充填的液面從上面用顯微鏡確認，評價液面的有無。在不 能確認潤滑劑的液面的情況下，蒸發量大，由於蒸發液面進入到軸承內部，判 定確保性能維持所必要的潤滑劑量不夠，可靠性不高。由圖3的表可知，實施例1 實施例10的任一情況與比較例2相比，馬達 的消耗電流都降低，在一2(TC的極低溫度下也能旋轉啟動。在實施例1、 4 10 中，在一4(TC的極低溫度下也能旋轉啟動。另一方面，比較例l的馬達消耗電 流雖然比實施例1 實施例IO更低，但是在一2(TC下完全不能旋轉啟動，且未 觀察到液面，蒸發量也變大。另夕卜，在此情況下，實施例1 10、比較例1及比較例2的潤滑劑的低溫流 動性的流動點和馬達旋轉啟動溫度也未必一致。這是因為JIS-K2269等測定的 流動點的環境放置時間未加定義，與實際的固化溫度不同等原因造成的。從以上可知，本發明的流體軸承裝置及主軸馬達的轉矩小，使用壽命長， 且在一2(TC下也能旋轉啟動。本發明的流體軸承裝置以及使用了該裝置的主軸馬達可以作為磁碟裝置及 光碟裝置的馬達使用。以上雖然以一定程度的詳盡描述就最佳實施方式對本發明進行了說明，但 這種最佳實施方式所揭示的內容在構成的細節上有變化是理所當然的，各個要 素的組合和順序的變化只要不脫離發明的權利要求範圍以及技術宗旨就可得 以實現。
權利要求
1.流體軸承裝置，它是軸和套筒的至少一方具有動壓發生槽、在上述軸和上述套筒對置的間隙存在有潤滑劑的流體軸承裝置，其特徵在於，上述潤滑劑含有碳原子數4～8、在β位不具有烷基側鏈的二元醇和1種以上的碳原子數6～10的飽和二元酸及1種以上的碳原子數5～13的飽和一元脂肪酸形成的酯，上述間隙為1～5μm的徑向半徑間隙。
2. 如權利要求1所述的流體軸承裝置，其特徵還在於，上述l種以上的碳 原子數5 13的飽和一元脂肪酸為2種以上的碳原子數5 13的飽和一元脂肪 酸。
3. 如權利要求2所述的流體軸承裝置，其特徵還在於，上述2種以上的碳 原子數5 13的飽和一元脂肪酸的至少1種為直鏈型飽和一元脂肪酸。
4. 如權利要求3所述的流體軸承裝置，其特徵還在於，上述2種以上的碳 原子數5 13的飽和一元脂肪酸為碳原子數相同的飽和一元脂肪酸。
5. 如權利要求1所述的流體軸承裝置，其特徵還在於，上述碳原子數4 8、 在e位不具有烷基側鏈的二元醇是3—甲基一l， 5 —戊二醇，上述碳原子數5 13的飽和一元脂肪酸是碳原子數7 10的飽和一元脂肪酸。
6. 如權利要求1所述的流體軸承裝置，其特徵還在於，每臺流體軸承裝置 中的上述潤滑劑所含的比上述間隙的最小尺寸大的無機物系雜質在1000個以 下。
7.主軸馬達，其特徵在於，具備權利要求1所述的流體軸承裝置。
全文摘要
轉矩小、耗電量少、可靠性高、最適合於小型化的流體軸承裝置以及使用了該裝置的主軸馬達。本發明的流體軸承裝置是軸和套筒的至少一方具有動壓發生槽、在上述軸和上述套筒對置的間隙存在有潤滑劑的流體軸承裝置，其中，上述潤滑劑含有碳原子數4～8、在β位不具有烷基側鏈的二元醇和1種以上的碳原子數6～10的飽和二元酸及1種以上的碳原子數5～13的飽和一元脂肪酸形成的酯，上述間隙為1～5μm的徑向半徑間隙。
文檔編號C10N30/06GK101216066SQ20081000332
公開日2008年7月9日 申請日期2005年3月31日 優先權日2004年3月31日
發明者大野英明, 平田勝志, 白石孝範 申請人:松下電器產業株式會社