DE102011018644A1

DE102011018644A1 - Schmiermittelzusammensetzung zur Verwendung in einem fluiddynamischen Lagersystem

Info

Publication number: DE102011018644A1
Application number: DE102011018644A
Authority: DE
Inventors: James Hart Smith
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2011-04-21
Filing date: 2011-04-21
Publication date: 2012-10-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmiermittelzusammensetzung bestehend aus mindestes einem Basisfluid und mindestens einem Additiv, wobei das Additiv erfindungsgemäß mindestens ein Antioxidant aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Alkylphenylnaphtylamin, Alkylphosphit, und/oder dass das Additiv erfindungsgemäß mindestens ein Antiverschleiß-Additiv aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Poly(oxyethylen)sorbitololeat, Aminsalze der Arylphosphorsäure.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schmiermittelzusammensetzung zur Verwendung in einem fluiddynamischen Lagersystem.
Stand der Technik
Schmiermittel werden in fluiddynamischen Lagersystemen zur Schmierung eingesetzt und dienen der Verringerung von Reibung und Verschleiß sowie zur Kraftübertragung. An ein Schmiermittel werden hohe Anforderungen in Bezug auf Reaktionsverhalten gegenüber Werkstücken oder Werkzeugen, Anwendbarkeit und Kosten gestellt. Bei Schmiermitteln zur Verwendung in fluiddynamischen Lagern, wie sie beispielsweise zur Drehlagerung von Spindelmotoren in Festplattenlaufwerken eingesetzt werden, spielt die Alterungsbeständigkeit des Schmiermittels eine entscheidende Rolle für die Lebensdauer des Lagersystems und damit des Festplattenlaufwerks. Die Alterung eines Schmiermittels bezieht sich insbesondere auf eine fortschreitende Zersetzung des Schmiermittels durch Hydrolyseprozesse.
Im Allgemeinen bestehen Schmiermittel aus einem oder mehreren Basisfluiden (Grundölen) und einem oder mehreren Additiven. Als Basisfluide werden unter anderem synthetische Ester verwendet. Übliche Additive sind Alterungsschutzadditive, wie Antioxidantien oder Oxidationsinhibitoren, Detergentien, Dispergentien, Korrosions- und Rostschutzadditive, EP-Additive (Extreme Pressure) und AW-(Anti Wear)Additive, Reibwertveränderer, Viskositätsindex-Verbesserer, Stockpunkt(Pourpoint)-Erniedriger und Antischaummittel. Ein bekanntes Schmiermittel zur Verwendung in Fluidlagern basisiert auf einem synthetischen Ester als Basisöl.
JP 2007-145899 A offenbart eine Schmiermittelzusammensetzung mit einem Polyalkylenglycolester als Basisfluid und mindestens einem Additiv. Das Additiv ist ein Amin-basiertes Antioxidant oder ein Phosphor-basiertes Antioxidant. Ferner kann ein Phosphor-basiertes Antiverschleiß-Additiv enthalten sein.
JP 2009-203275 A offenbart ein Lagerfluid mit einem geradketttigen aliphatischen Monocarbonsäureester als Basisfluid. Ferner kann ein Antioxidant basierend auf dem Amin-System oder einem Lynn-System enthalten sein. Im Lagerfluid kann ferner ein Antiverschleiß-Additiv basierend auf einem Lynn-System oder auf Polyoxyethylensorbitolester enthalten sein.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusammensetzung eines Schmiermittels anzugeben, die eine bessere Alterungsbeständigkeit, insbesondere eine geringere Hydrolyserate, und/oder gute Verschleißeigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Schmiermittelzusammensetzung gelöst, die aus mindestes einem Basisfluid und mindestens einem Additiv besteht, wobei das eine Additiv mindestens ein Antioxidant aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Alkylphenylnaphtylamin, Alkylphosphit.
Durch die Beimischung von Antioxidantien, welche Alkylphenylnaphtylamin oder Alkylphosphit, oder einer Mischung dieser Substanzen umfassen, kann die Hydrolyserate und damit die Alterung des Schmiermittels deutlich verzögert werden, so dass das Schmiermittel seine Schmier- und Schutzeigenschaften über einen langen Zeitraum zuverlässig erfüllen kann.
Vorzugsweise enthält die Schmiermittelzusammensetzung Alkylphenylnaphtylamin in einer Konzentration von 0,02–2 Gewichtsprozent und/oder Alkylphosphit in einer Konzentration von 0,02–1 Gewichtsprozent.
Als Zusatz kann erfindungsgemäß auch ein Anti-Verschleiß-Additiv im Schmiermittel enthalten sein. Das Antiverschleiß-Additiv kann Poly(oxyethylen)sorbitololeat, Aminsalze der Arylphosphorsäure oder eine Mischung aus diesen Substanzen enthalten.
Vorzugsweise enthält die Schmiermittelzusammensetzung Poly(oxyethylen)sorbitololeat in einer Konzentration von 0,02–1 Gewichtsprozent und/oder Aminsalze der Arylphosphorsäure in einer Konzentration von 0,02–1 Gewichtsprozent.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann die Schmiermittelzusammensetzung mindestens ein weiteres Additiv aus der nachfolgenden Gruppe enthalten: Additiv zur Leitfähigkeitsverbesserung, als Rostschutzadditive, Benzotriazolderivate bzw. Succinylsäurederivate (= Bernsteinsäurederivate), Additiv zur Viskositätsverbesserung, Additiv zur Hydrolysesteuerung, Additiv zur Stockpunkt(Pourpoint)-Erniedrigung. Die vorgenannten Additive sind, sofern vorhanden, in einer Konzentration von 0,02–1 Gewichtsprozent in der Schmiermittelzusammensetzung enthalten.
Das Basisfluid besteht vorzugsweise aus einem synthetischen Ester. Insbesondere kann das Basisfluid eine oder mehrere der nachfolgenden Substanzen umfassen:

• Diester einer Disäure (Dicarbonsäure), gebildet aus einem Alkyl oder einem Alkyl-substituierten Alkohol und einer linearen Disäure (Dicarbonsäure), beispielsweise Bis(2-Ethylhexyl)Sebacat.
• Diester eines Diols, gebildet aus einem linearen Alkyldiol oder einem Methylsubstituierten Alkyldiol und einer linearen Alkylsäure, wie beispielsweise Decansäure, Diundecansäure, oder Didodecansäure und aus diesen bestehende Mischungen. Ein Beispiel hierfür ist 3-Methyl-1,5-Pentandiol-Dinonanoat.
• Diester gebildet aus einem linearen Diol und einer 2-Methylalkylsäure, wie beispielsweise 1,10-Decandiol-Di-2-methylvalerat.
• Monoester in Gestalt eines linearen Alkylalkohols and einer Carboxylsäure gebildet durch Oxidation eines Guerbet-Alkohols, wie beispielsweise Octyl-, Nonyl-, Decyl-, Undecyl- oder Dodecyl-2-Hexyldecanoat.

Die Schmiermittelzusammensetzung eignet sich zur Verwendung in fluiddynamischen Lagersystemen, wie sie beispielsweise zur Drehlagerung von Spindelmotoren in Computerfestplatten eingesetzt werden. Ein fluiddynamisches Lager umfasst relativ zueinander rotierende Lagerflächen, die durch einen mit Schmiermittel gefüllten Lagerspalt berührungsfrei getrennt sind.
Ein Beispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
Die neue Schmiermittelzusammensetzung basiert auf einem Basisfluid (Basisöl). Nachfolgend sind Beispiele für mögliche Kohlenwasserstoff-(CH-Gruppen)Komponenten von Basisölen in Form von synthetischen Esterölen für fluiddynamische Lagersysteme angegeben. In allen Fällen können die Kohlenwasserstoffgruppen linear sein oder aus einem oder mehreren Zweigen bestehen:

• R_da = CH₂ Gruppen einer Dicarbonsäure
• R_al = CH₂ Gruppen eines Alkohols
• R_do = CH₂ Gruppen eines Diols
• R_ac = CH₂ Gruppen einer Monocarbonsäure
• R_gl = CH₂ Gruppen eines Glykols

Die generellen Haupttypen von Basisölen umfassen:

Monoester: R_alOOCR_ac mit 5 < R_ac < 11 und 8 < R_al < 20 Diester von Dicarbonsäuren: R_alOOCR_daCOOR_al mit 5 < R_al < 16 und 3 < R_da < 14 Diester von Diolen: R_acCOOR_doOOCR_ac mit 4 < Rac < 13 und 3 < R_do < 16 Diester von Polyalkyleneglykolen: R_al(OR_gl)_xOOCR_daCOO(R_glO)_xR_al mit 1 < R_al < 6 und 3 < R_da < 16 sowie 2 < R_gl < 6 und 1 < x < 4 Triester von Trimethylol-Pentan CH₃C(CH₂OOCR_ac)₃ mit 3 < R_ac < 9 Tetraester von Penterythritol C(CH₂OOCR_ac)₄ mit 4 < R_ac < 8

Die neue Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Schmiermittels enthält vorzugsweise mindestens eines der oben genannten Basisfluide und eines oder mehrere der folgenden Additive in den angegebenen Konzentrationen:

Antioxidantien	Gewichts %)

Alkylphenylnapthylamine	0.02–2
Alkylphosphite	0.02–1

Antiverschleiß-Additive

Poly(oxyethylene)Sorbitololeate	0.02–1
Aminesalze Arylphosphorsäure	0.02–1

Weitere Additive
Additiv zur Leitfähigkeitverbesserung	0.02–1
Antikorrosiva, z. B.	0.02–1
Benzotriazolderivate	0.02–1
Succinylsäurederivate	0.02–1
Viskösitätsverbesserer	0.02–1
Additiv zur Hydrolysesteuerung	0.02–1
Additiv z. Stockpunkt(Pourpoint)-Erniedrigung	0.02–1

1 zeigt einen Schnitt durch einen Spindelmotor, in welchem die erfindungsgemäße Schmiermittelzusammensetzung Verwendung finden kann. Der Spindelmotor ist zum Antrieb eines Festplattenlaufwerkes geeignet und umfasst ein fluiddynamisches Lagersystem mit zwei konischen Lagern, die im wesentlichen identisch aufgebaut sind. Natürlich kann die Schmiermittelzusammensetzung genauso gut für andere bekannte Bauformen von fluiddynamischen Lagern eingesetzt werden.
Der Spindelmotor umfasst eine Basisplatte 10 als tragende Struktur, die eine Bohrung umfasst, in welcher eine feststehende Welle 12 angeordnet ist. Die Welle 12 bildet zusammen mit zwei konusförmigen Lagerbauteilen 16, 18 das feststehende Bauteil des Lagersystems. Die konusförmigen Lagerbauteile 16, 18 sind in einem gegenseitigen axialen Abstand an der Welle 12 angeordnet und mit dieser fest verbunden. Die konusförmigen Lagerbauteile 16, 18 haben einander zugewandte, in einem spitzen Winkel in Bezug auf die Drehachse 30 verlaufende konische Lagerflächen. Dem ersten konusförmigen Lagerbauteil 16 ist eine erste Lagerbuchse 20 zugeordnet. Die erste Lagerbuchse 20 weist eine teilweise konische Lagerbohrung und eine konische Lagerfläche auf, die durch einen mit einem Lagerfluid gefüllten ersten Lagerspalt 22 von der konischen Lagerfläche des konusförmigen Lagerbauteils 16 getrennt ist. Die konischen Lagerflächen und der Lagerspalt 22 verlaufen parallel und schräg zur Drehachse 30 und bilden ein erstes konisches, fluiddynamisches Lager. Auf einer oder auf beiden Lagerflächen sind Lagerrillenstrukturen angeordnet, die bei einer Rotation des Lagers eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausüben, so dass im Lagerspalt ein hydrodynamischer Druck erzeugt wird, der das Lager tragfähig macht. Weiterhin befinden sich ein oder mehrere Rezirkulationskanäle 44 innerhalb des ersten Lagerbauteils 16.
Der Lagerspalt 22 hat zwei offene Enden, die jeweils an die Stirnflächen der Lagerbuchse 20 angrenzen und durch kapillare Dichtungsspalten und/oder dynamische Pumpdichtungen abgedichtet sind. Eine Abdeckkappe 32 verschließt das erste konische Lager nach außen.
Das zweite konusförmige Lagerbauteil 18 weist ebenfalls konische Lagerflächen auf, die mit der Drehachse 30 einen spitzen Winkel ausbilden. Das konusförmige Lagerbauteil 18 ist in einer zweiten Lagerbuchse 24 angeordnet, die ebenfalls konische Lagerflächen aufweist, die durch einen zweiten Lagerspalt 26 von den konischen Lagerflächen des zweiten konusförmigen Lagerbauteils 18 getrennt sind und ein zweites konisches, fluiddynamisches Lager ausbilden. Auch der zweite Lagerspalt 26 ist an seinen beiden offenen Enden durch entsprechende kapillare Dichtungen und/oder dynamische Pumpdichtungen abgedichtet. Weiterhin befinden sich ein oder mehrere Rezirkulationskanäle 46 innerhalb des zweiten Lagerbauteils 18. Eine Abdeckkappe 34 verschließt das zweite konische Lager nach außen. Auf einer oder auf beiden Lagerflächen sind Lagerrillenstrukturen angeordnet, die bei einer Rotation des Lagers eine Pumpwirkung auf das Lagerfluid ausüben, so dass im Lagerspalt ein hydrodynamischer Druck erzeugt wird, der das Lager tragfähig macht.
Die beiden Lagerbuchsen 20 und 24 grenzen aneinander an und sind durch eine Distanzscheibe 28 voneinander getrennt, die gleichzeitig zur Kompensation der Wärmeausdehnung der Bauteile dient und als Dichtungsscheibe wirkt. Der Zwischenraum, der zwischen den beiden Lagerbuchsen 20, 24 und der Distanzscheibe 28 gebildet wird, ist belüftet, um einen Druckausgleich herzustellen. Zur Belüftung kann die Weile 12 eine entsprechende Bohrung 42 aufweisen, die den Zwischenraum mit der Außenatmosphäre verbindet.
Die beiden Lagerbuchsen 20 und 24 sind in einer zentralen Aussparung einer Nabe 14 des Spindelmotors gehalten, beispielsweise mittels Presssitz, oder sie werden in die Nabe 14 eingeklebt. Beide Lagerbuchsen 20 und 24 weisen am Außenumfang einen Bund auf, der auf einer Stirnseite eines Randes an der Öffnung der Nabe 14 aufliegt und die Lagerbuchsen relativ zur Nabe ausrichtet.
Der Spindelmotor wird angetrieben durch ein elektromagnetisches Antriebssystem, das aus einer an der Basisplatte 10 befestigten Statoranordnung 36 besteht, und einem Rotormagneten 38, der gegenüberliegend der Statoranordnung sowie diese zentrisch umfassend an einem Innenumfang der Nabe 14 angeordnet ist. Der Rotormagnet 38 kann von einem Joch 40 als magnetischer Rückschluss des Rotormagneten 38 umgeben sein.
Bezugszeichenliste

10: Basisplatte
12: Welle
14: Nabe
16: erstes Lagerbauteil
18: zweites Lagerbauteil
20: Lagerbuchse
22: Lagerspalt
24: Lagerbuchse
26: Lagerspalt
28: Distanzscheibe
30: Drehachse
32: Abdeckkappe
34: Abdeckkappe
36: Statoranordnung
38: Magnet
40: Joch
42: Bohrung
44: Rezirkulationskanal
46: Rezirkulationskanal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-145899 A [0004]
JP 2009-203275 A [0005]

Claims

Schmiermittelzusammensetzung zur Verwendung in fluiddynamischen Lagersystemen, wobei die Schmiermittelzusammensetzung aus mindestes einem Basisfluid und mindestens einem Additiv besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv mindestens ein Antioxidant aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Alkylphenylnaphtylamin, Alkylphosphit.
Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Alkylphenylnaphtylamin in einer Konzentration von 0,02–2 Gewichtsprozent und/oder Alkylphosphit in einer Konzentration von 0,02–1 Gewichtsprozent enthält.
Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Antiverschleiß-Additiv aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Poly(oxyethylen)sorbitololeat, Aminsalze der Arylphosphorsäure.
Schmiermittelzusammensetzung zur Verwendung in fluiddynamischen Lagersystemen, wobei die Schmiermittelzusammensetzung aus mindestes einem Basisfluid und mindestens einem Additiv besteht, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv mindestens ein Antiverschleiß-Additiv aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Poly(oxyethylen)sorbitololeat, Aminsalze der Arylphosphorsäure.
Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie Poly(oxyethylen)sorbitololeat in einer Konzentration von 0,02–1 Gewichtsprozent und/oder Aminsalze der Arylphosphorsäure in einer Konzentration von 0,02–1 Gewichtsprozent enthält.
Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Antioxidant aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Alkylphenylnaphtylamin, Alkylphosphit.
Schmiermittelzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein weiteres Additiv aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Additiv zur Leitfähigkeitsverbesserung, Rostschutzadditive, z. B. Benzotriazolderivate oder Succinylsäurederivate (= Bernsteinsäurederivate), Additiv zur Viskositätsverbesserung, Additiv zur Hydrolysesteuerung, Additiv zur Stockpunkt(Pourpoint)-Erniedrigung, wobei die Additive sofern vorhanden in einer Konzentration von 0,02–1 Gewichtsprozent enthalten sind.
Schmiermittelzusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisfluid eine oder mehrere der nachfolgenden Substanzen umfasst: Diester einer Disäure, gebildet aus einem Alkyl oder einem Alkylsubstituierten Alkohol und einer linearen Disäure, Diester eines Diols, gebildet aus einem linearen Alkyldiol oder einem Methylsubstituierten Alkyldiol und einer linearen Alkylsäure, wie beispielsweise Decansäure, Diundecansäure, oder Didodecansäure und aus diesen bestehende Mischungen, Diester gebildet aus einem linearen Diol und einer 2-Methylalkylsäure, Monoester in Gestalt eines linearen Alkylalkohols and einer Carboxylsäure gebildet durch Oxidation eines Guerbet-Alkohols.
Fluiddynamisches Lagersystem, insbesondere zur Drehlagerung eines Spindelmotors, umfassend: eine erste Lagerkomponente, welche mindestens ein Lagerbauteil (12, 16; 18) aufweist, eine zweite Lagerkomponente, welche mindestens ein Lagerbauteil (20, 24) aufweist, wobei die zweite Lagerkomponente von der ersten Lagerkomponente durch einen mit einem Schmiermittel gefüllten Lagerspalt (22, 26) getrennt und relativ zu dieser drehgelagert ist, wobei das Schmiermittel ein Basisfluid und mindestens ein Additiv enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv mindestens ein Antioxidant aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Alkylphenylnaphtylamin, Alkylphosphit, und/oder dass das Additiv mindestens ein Antiverschleiß-Additiv aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Poly(oxyethylen)sorbitololeat, Aminsalze der Arylphosphorsäure.
Spindelmotor mit fluiddynamischem Lagersystem, insbesondere für den Antrieb von Speicherplatten von Festplattenlaufwerken, umfassend: eine Grundplatte (10), in der eine erste Lagerkomponente gehalten ist, welche mindestens ein Lagerbauteil (12, 16, 18) aufweist, und eine zweite Lagerkomponente, welche mindestens ein Lagerbauteil (20, 24) aufweist und eine Nabe (14) trägt, wobei die zweite Lagerkomponente von der ersten Lagerkomponente durch einen mit einem Schmiermittel gefüllten Lagerspalt (22, 26) getrennt und mittels des fluiddynamischen Lagersystems relativ zu dieser drehgelagert ist und gemeinsam mit der Nabe (14) von einem elektromagnetischen Antriebssystem (36, 38, 40) um eine gemeinsame Rotationsachse (30) drehend angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Additiv mindestens ein Antioxidant aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Alkylphenylnaphtylamin, Alkylphosphit, und/oder dass das Additiv mindestens ein Antiverschleiß-Additiv aus der nachfolgenden Gruppe enthält: Poly(oxyethylen)sorbitololeat, Aminsalze der Arylphosphorsäure.
Festplattenlaufwerk mit einem Spindelmotor gemäß Anspruch 10, der mindestens eine Speicherplatte drehend antreibt, und eine Schreib-Leseeinrichtung zum Schreiben und Lesen von Daten auf und von der Speicherplatte aufweist.