CN106085548A - 流体动压轴承用润滑油以及具备该润滑油的主轴电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流体动压轴承用润滑油以及具备该润滑油的主轴电机，所述流体动压轴承用润滑油包含不含不饱和键的单酯油作为基油，在100℃时的绝对粘度为2.0～3.0mPa·s，粘度指数为130以上，并且流动点为‑20℃以下。

Description

流体动压轴承用润滑油以及具备该润滑油的主轴电机
技术领域
本发明涉及合成润滑油基油、特别是涉及流体轴承油基油、使用其的流体动压轴承用润滑油以及具备该润滑油的主轴电机。
背景技术
对于硬盘驱动器、光盘(CD)、DVD的电机的旋转轴承，使用滚珠轴承、流体动压轴承。
关于滚珠轴承，若长时间使用，则对轴承的负荷增大，容易产生振动、噪音。另一方面，流体动压轴承通过轴的旋转使润滑油流淌，从而产生压力以支撑旋转，由于轴与轴承部不直接接触，因此摩擦阻力小，在低振动、低噪音方面也优异。因此，近年来，使用流体动压轴承的情况多。
近年来，对流体动压轴承要求小型化、高精度化、高速旋转化，因此对流体动压轴承用润滑油要求低粘度、耐热性、氧化稳定性、低蒸发性。
此外，关于流体动压轴承，在电机的连续旋转时等润滑油处于高温域的情况下，若润滑油热膨胀而其粘度降低，则轴承刚性降低，有可能无法充分地支撑旋转体的荷重。因此，对所使用的润滑油要求在高温域具有某种程度以上的粘度。
另一方面，在电机的启动时等润滑油处于低温域的情况下，若润滑油的粘度高则旋转时的粘性阻力变大，电机的电力损耗变大。因此，对所使用的润滑油要求即使成为低温域，粘度升高也小。因而，对流体动压轴承用润滑油，要求伴随温度变化而产生的粘度变化小。
此外，为了防止通过由旋转器件等产生的静电在对置的面上蓄积、带电而发生的放电(过大电流)，对润滑油还要求抗静电性能。
作为流体动压轴承用润滑油，报道有2,4-二乙基-1,5-戊二醇的二正辛酸酯，并报道有其与对1-癸烯的聚合物进行氢化处理而得的聚-α-烯烃、己二酸或癸二酸的2-乙基己酯、新戊二醇、季戊四醇等相比，粘度指数、低温流动性、热稳定性以及低蒸发性的全部在广泛的温度范围内长期优异(专利文献1)。然而，在高温下的热稳定性以及低蒸发性不充分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第4160772号
发明内容
发明所要解决的课题
因此，本发明所要解决的课题为，流体动压轴承用润滑油在高温域满足流体动压轴承能够充分地支撑旋转体的荷重的粘度区域，且在低温域的流体动压轴承用润滑油的粘度升高得到抑制。以及，在高温域的流体动压轴承用润滑油的蒸发减量少且稳定。
因而，本发明的目的为，提供一种在高温域满足流体动压轴承能够充分地支撑旋转体的荷重的粘度区域，且在低温域的粘度升高得到抑制，进而在高温域的蒸发减量少且稳定的流体动压轴承用润滑油。
用于解决课题的方法
针对该课题，本发明人等通过使用一种包含不含不饱和烃的单酯油作为基油，在100℃时的绝对粘度为2.0～3.0mPa·s、粘度指数为130以上、流动点为-20℃以下的流体动压轴承用润滑油来进行改善。即，根据本发明，提供以下润滑脂组合物。
1.一种流体动压轴承用润滑油，其包含不含不饱和键的单酯油作为基油，在100℃时的绝对粘度为2.0～3.0mPa·s，粘度指数为130以上，并且流动点为-20℃以下。
2.上述1项所述的流体动压轴承用润滑油，所述单酯油由β-烷基支链的饱和脂肪族醇和饱和脂肪族羧酸构成并由下式(1)表示，
化1
式中，R1是碳原子数为7～11的直链烷基，R2是碳原子数为8～10的直链烷基，R3是碳原子数为6～8的直链烷基。
3.如上述1或2项所述的流体动压轴承用润滑油，其进一步包含两种以上的二苯胺作为抗氧化剂。
4.如上述3项所述的流体动压轴承用润滑油，所述二苯胺由下式(2)或(3)表示，
化2
式中，R4以及R5为叔辛基。
5.如上述1～4中任一项所述的流体动压轴承用润滑油，其进一步包含抗静电剂。
6.如上述5项所述的流体动压轴承用润滑油，其体积电阻率为1.0×1011Ω·cm以下。
7.一种主轴电机，其具备：具有定子的静止部、具有转子磁体的旋转部、将旋转部相对于静止部可自由旋转地支撑的流体动压轴承以及上述1～6中任一项所述的流体动压轴承用润滑油。
发明效果
根据本发明，可以提供在高温域满足流体动压轴承能够充分地支撑旋转体的荷重的粘度区域，且能够抑制在低温域的粘度升高的流体动压轴承用润滑油。此外，本发明的流体动压轴承用润滑油的蒸发减量少，能够实现稳定的流体动压轴承的使用。
关于本发明的润滑油，其粘度低，并且即使在温度变化激烈的状态下长时间使用也具有优异的润滑性。
附图说明
图1为表示主轴电机的构成的纵截面图。
符号说明
2：静止部，3：流体动压轴承，4：旋转部，17：定子，20：轴承静止部，21：套筒，22：对压板，31：轮毂，31a：圆板部，31d：环状壁，32：轴，33：环状构件，34：转子磁体，40：润滑油，41：毛细管密封部，42、43：径向动压轴承，44：推力动压轴承部。
具体实施方式
1.基油
本发明的基油包含不含不饱和键的单酯油。作为不含不饱和键的单酯油，没有特别限定，优选含有由β-烷基支链的饱和脂肪族醇与饱和脂肪族羧酸组成的单酯。
所述饱和脂肪族醇的总碳原子数为8～28，优选为14～26，更优选为16～22，最优选为16～20。作为β-烷基支链的脂肪族醇的具体例，为2-戊基壬醇、2-戊基癸醇、2-戊基十一烷醇、2-戊基十二烷醇、2-戊基十三烷醇、2-戊基十四烷醇、2-己基壬醇、2-己基癸醇、2-己基十一烷醇、2-己基十二烷醇、2-己基十三烷醇、2-己基十四烷醇、2-庚基壬醇、2-庚基癸醇、2-庚基十一烷醇、2-庚基十二烷醇、2-庚基十三烷醇、2-庚基十四烷醇、2-辛基壬醇、2-辛基癸醇、2-辛基十一烷醇、2-辛基十二烷醇、2-辛基十三烷醇、2-辛基十四烷醇、2-壬基壬醇、2-壬基癸醇、2-壬基十一烷醇、2-壬基十二烷醇、2-壬基十三烷醇、2-壬基十四烷醇等。β-烷基支链的脂肪族醇可以单独使用或混合两种以上来使用。最优选为2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二烷醇和2-辛基十二烷醇的混合物。此时，2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二烷醇和2-辛基十二烷醇的比例优选为如下比例：相对于2-己基癸醇1质量份，2-辛基癸醇为5～7质量份，2-己基十二烷醇为5～7质量份，2-辛基十二烷醇为0.5～1质量份。
作为所述饱和脂肪族羧酸，可使用直链或支链的饱和脂肪族羧酸。优选为直链饱和脂肪族羧酸。饱和脂肪族羧酸的碳原子数为4～18，优选为6～14，最优选为8～12。作为脂肪族羧酸的具体例，可举出丁酸、戊酸、己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、十三烷酸、十四烷酸、十五烷酸、十六烷酸、十七烷酸、十八烷酸等。其中，优选为己酸、庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、十三烷酸、十四烷酸。更优选为辛酸、壬酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸。饱和脂肪族羧酸可以单独使用或混合两种以上来使用。
尤其，优选的是，饱和脂肪族醇为2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二烷醇和2-辛基十二烷醇的混合物且饱和脂肪族羧酸为辛酸的单酯化合物的混合物。饱和脂肪族醇为2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二烷醇和2-辛基十二烷醇的混合物且饱和脂肪族羧酸为壬酸的单酯化合物的混合物也是优选的。饱和脂肪族醇为2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二烷醇和2-辛基十二烷醇的混合物且饱和脂肪族羧酸为癸酸的单酯化合物的混合物也是优选的。饱和脂肪族醇为2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二烷醇和2-辛基十二烷醇的混合物且饱和脂肪族羧酸为十二烷酸的单酯化合物的混合物也是优选的。此时的2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二烷醇和2-辛基十二烷醇的比例优选为如上所记载的比例。
关于本发明的基油，在不降低其性能的范围内，也可以适宜地并用其他润滑油基油，即，选自由矿物油、聚α-烯烃、聚丁烯、烷基苯、动植物油、有机酸酯、聚亚烷基二醇、聚乙烯醚、聚苯醚、烷基苯基醚、有机硅组成的组中的一种或两种以上。关于所并用的其他基油的量，相对于所述单酯油优选为0～50质量％，为了不损害低温性，优选相对于所述单酯油为0～20质量％。进而，为了不损害低温性和蒸发减量，特别优选相对于所述单酯油为0～10质量％。进而，本发明的基油最优选不含其他润滑油基油。
相对于本发明的流体动压轴承用润滑油，基油的含量优选为80～100质量％，更优选为90～100质量％，特别优先为95～100质量％。
本发明的流体动压轴承用润滑油在100℃时的绝对粘度为2.0～3.0mPa·s。若润滑油热膨胀而成为小于2.0mPa·s，则轴承刚性降低，有可能无法充分地支撑旋转体的荷重。若绝对粘度变得高于3.0mPa·s，则润滑油的粘性阻力增大，电机的电力损失变大。
本发明的流体动压轴承用润滑油的粘度指数，从抑制在低温域时的粘度的观点出发，优先为130以上且140以上。予以说明的是，粘度指数表示伴随温度变化而产生的润滑油的粘度变化，是通过实验而求出的指数。一般而言，粘度指数越大的润滑油，其伴随温度变化而产生的粘度的变化越小，而粘度指数越小的润滑油，其伴随温度变化而产生的粘度的变化越大。
本发明的流体动压轴承用润滑油的流动点，从确保在低温域的流动性的观点出发，优选为-20℃以下且-25℃以下，进一步优选为-30℃以下。
2.添加剂
在使用本发明的基油的流体动压轴承用润滑油中，为了提高其性能，可根据需要包含抗氧化剂、抗水解剂、抗静电剂等。
作为抗氧化剂，优选将胺系抗氧化剂和/或苯酚系抗氧化剂进行组合而添加。更优选将两种以上的胺系抗氧化剂进行组合而添加，进一步优选将两种以上的二苯胺组合进行组合而添加。二苯胺最优选为下式(2)或式(3)，
化3
式中，R4以及R5为叔辛基。
相对于流体动压轴承用润滑油，抗氧化剂的含量优选为0.01～5质量％。
作为抗水解剂，优选为碳二亚胺化合物。相对于流体动压轴承用润滑油，抗水解剂的含量优选为0.01～5质量％。
作为抗静电剂，优选为烷基苯磺酸、烷基萘磺酸、磺酸盐、水杨酸盐、酚盐等阴离子系，烷基胺盐、季铵盐等阳离子系，烷基甜菜碱、氧化胺等两性系，聚氧乙烯烷基醚，山梨糖醇酐脂肪酸酯等非离子系。更优选为阴离子系抗静电剂，进一步优选为烷基苯磺酸、烷基萘磺酸、磺酸盐、水杨酸盐、酚盐，而磺酸盐，水杨酸盐、酚盐特别优选为与Ca或Zn的金属盐。尤其优选为二壬基萘磺酸。
相对于本发明的流体动压轴承用润滑油，抗静电剂的含量优选为0.005～1.0质量％。更优选为0.005～0.5质量％、特别优选为0.01～0.2质量％。
本发明的流体动压轴承用润滑油的体积电阻率，从防止放电的观点出发，进一步优选为1.0×1011Ω·cm以下且5.0×1010Ω·cm以下。
以下，针对合适的实施方式，结合附图来进行说明。
图1为表示主轴电机的构成的纵截面图。主轴电机具有静止部2和旋转部4。旋转部4由本实施方式的流体动压轴承3相对于静止部2可自由旋转地支撑。予以说明的是，在合适的实施方式的说明中，当通过上下左右来说明各构件的位置关系、方向时，始终指附图中的位置关系、方向，并非指组装至实际的器件时的位置关系、方向。
底板10具有设置于底板10的中央的平坦部11以及设置于平坦部11的中央的凸台部13。凸台部13与设置于平坦部11的外周部的环状段部14之间，形成环状的凹部。相对于平坦部11固定的定子17以及固定于后述的轮毂31的转子磁体34配置于环状的凹部内。在凸台部13的径方向外侧配置有定子17。
在凸台部13的径方向内侧，配置有构成流体动压轴承3的一部分的轴承静止部20。轴承静止部20具有大致圆筒形状的套筒21以及将套筒21的下端开口闭塞的对压板22。
旋转部4具有杯子状的轮毂31以及配置于轮毂31的旋转中心位置的轴32。
在轮毂31的圆板部31a的外侧配置有圆筒部31b。在圆筒部31b的下端，配置有向径方向外侧延伸的凸缘部31c。在圆筒部31b的内侧，配置有环状壁31d。
轴32的外周面和套筒21的内周面隔着微小间隙在径方向上对置。在轴32的下端固定有环状构件33。环状构件33的外径比轴32的外径大。
在轮毂31的圆筒部31b的内侧配置有将多个磁极沿圆周方向排列而成的环状的转子磁体34。转子磁体34配置于从外周包围定子17的位置。
在轮毂31的凸缘部31c载置一张或多张圆板状的记录盘。本实施方式中，使用硬盘作为记录盘。
在套筒21和对压板22与轴32和环状构件33之间、以及轮毂31的圆板部31a的下表面与套筒21的上端面之间，分别构成有微小间隙。微小间隙由润滑油40充满。
在由环状壁31d的内周面和与该内周面在径方向上对置的套筒21的外周面构成的毛细管密封部41，润滑油40与外气接触。润滑油40中弯月状的气液界面位于毛细管密封部41。毛细管密封部41具有越往上方间隙越缩小的锥形形状。
在套筒21的内周面与轴32的外周面之间，构成有具有人字纹形状的动压产生槽列的一对径向动压轴承42、43。当主轴电机沿预定的方向旋转时，径向动压产生槽列生成沿径方向支撑轴32的支撑力。此外，在套筒21的上端面与圆板部31a的下表面之间，构成有具有螺旋状的推力动压产生槽列的推动压轴承部44。关于推力动压槽列，当主轴电机沿预定的方向旋转时，与配置有推力动压产生槽列的区域相比提高径方向内侧的润滑油的压力。此外，还生成使轮毂31朝轴方向的上方上浮的支撑力。
予以说明的是，本实施方式中，对轴32旋转的轴旋转型的主轴电机进行了说明，但不限于此。例如，本发明也可以合适地应用于轴不旋转的轴固定型的主轴电机。
此外，本发明能够应用于使用流体动压轴承的各种产业用电机。
实施例
单酯油的调制：
准备安装有搅拌机、温度计、氮气吹入管以及带有冷却器的脱水管的3L的四口烧瓶，加入2-己基癸醇、2-辛基癸醇、2-己基十二烷醇和2-辛基十二烷醇的混合物(1238g)以及正辛酸(792g)，在常压、200℃下进行8小时的反应。在减压(0.4kPa)下蒸馏去除过剩的脂肪酸后，用20％的氢氧化钠水溶液(200g)(80℃)洗涤，进而用1L的水水洗4次，进行减压下的脱水(210℃以下、0.4kPa以下)2小时，得到目标的酯化合物。使用由此得到的单酯油作为实施例1的基油。
其余的实施例和比较例中所使用的单酯油或二酯油，也使用下表所示的醇以及羧酸而同样地制造。予以说明的是，下表所示的醇为以下化合物的缩写。
2-HXDOH：2-己基癸醇
2-HXDDOH：2-己基十二烷醇
2-OCDOH：2-辛基癸醇
2-OCDDOH：2-辛基十二烷醇
流体动压轴承用润滑油的调制：
通过向如上得到的单酯油或二酯油中混合下表中所记载的添加剂，从而得到实施例和比较例的流体动压轴承用润滑油。予以说明的是，下表所示的添加剂为以下化合物的缩写。
苯酚系抗氧化剂A：季戊四醇四[3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]
胺系抗氧化剂A：辛基化二苯胺
胺系抗氧化剂B：二枯基二苯胺
胺系抗氧化剂C：N-苯基-1-萘胺
胺系抗氧化剂D：2,2’二乙基-4-壬基二苯胺/2,2’-二乙基-4,4’-二壬基二苯胺的混合物
抗静电剂A：二壬基萘磺酸
试验方法：
1.绝对粘度
使用运动粘度测定用精密恒温槽(离合社制、Cat.No.403DS)和乌氏粘度计(粘度计编号:0B(100℃)、1A(40℃))，按照JIS K 2283 3.:1983的规定测定润滑油的运动粘度。
利用密度比重计(京都电子工业公司制、DA-640)测定在5℃、15℃、90℃时的密度，使用根据其结果求出的温度-密度的线性近似线，计算100℃的密度。根据运动粘度和密度计算绝对粘度。
2.粘度指数
根据在100℃和40℃时的运动粘度的数值，按照JIS K 2283 4.:1983的规定算出粘度指数。
3.流动点
使用流动点试验器(离合社制、Cat.No.520R.14L)，按照JIS K 2269:1987的规定测定流动点。
4.蒸发减量
向20ml试样瓶中准确量取油5g，测定在120℃的恒温槽中静置1000小时后的蒸发减量。
5.体积电阻率
使用极超绝缘计(东亚电波工业制、SM-10E)，按照JIS C 2101的规定测定体积电阻率。
评价基准：
关于上述试验项目1.～4.，按以下基准进行评价。将结果示于下表中。
综合评价
1～4的全部为○或◎ :○(合格)
1～4中有一个以上的× :×(不合格)
1.绝对粘度
2.0～3.0mPa·s :○
2.粘度指数
130以上 :○
小于130 :×
3.流动点
-20℃以下 :○
超过-20℃ :×
4.蒸发减量
对在120℃静置1000小时后的蒸发减量(mass％)，基于以比较例1的蒸发减量为基准的比来进行评价。
蒸发减量比＝100×[样品的蒸发减量(mass％)]÷[比较例1的蒸发减量(mass％)]％
0.5以下 :◎
超过0.5且0.8以下 :○
超过0.8 :×
5.体积电阻率
1.0×1011Ω·cm以下 :○
超过1.0×1011Ω·cm :×
表1
※1：表中的数值为以4种醇的总质量为基准的质量％。
※2：表中的数值为以润滑油的总质量为基准的质量％。
根据上表可明确，本发明的流体动压轴承用润滑油显示在高温域满足流体动压轴承能够充分地支撑旋转体的荷重的粘度区域，且在低温域的粘度升高小这样的优异的粘度特性以及蒸发减量。流动点的结果也令人满意。因此，本发明适合用于流体动压轴承用润滑油。

Claims (7)

1.一种流体动压轴承用润滑油，其包含不含不饱和键的单酯油作为基油，在100℃时的绝对粘度为2.0～3.0mPa·s，粘度指数为130以上，并且流动点为-20℃以下。
2.如权利要求1所述的流体动压轴承用润滑油，所述单酯油由β-烷基支链的饱和脂肪族醇和饱和脂肪族羧酸组成并由下式(1)表示，
化1
式中，R1是碳原子数为7～11的直链烷基，R2是碳原子数为8～10的直链烷基，R3是碳原子数为6～8的直链烷基。
3.如权利要求1或2所述的流体动压轴承用润滑油，进一步包含两种以上的二苯胺作为抗氧化剂。
4.如权利要求3所述的流体动压轴承用润滑油，所述二苯胺由下式(2)或式(3)表示，
化2
式中，R4以及R5为叔辛基。
5.如权利要求1～4中任一项所述的流体动压轴承用润滑油，其进一步包含抗静电剂。
6.如权利要求5所述的流体动压轴承用润滑油，其体积电阻率为1.0×1011Ω·cm以下。
7.一种主轴电机，具备：具有定子的静止部、具有转子磁体的旋转部、将旋转部相对于静止部可自由旋转地支撑的流体动压轴承以及权利要求1～6中任一项所述的流体动压轴承用润滑油。
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