JP2007321968A - 流体軸受装置、ならびにそれを用いたスピンドルモータ及び情報装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低トルク即ち低消費電力で、信頼性が高く、小型化に適した流体軸受装置ならびにそれを用いたスピンドルモータ及び情報装置を提供することを目的とする。
【解決手段】軸構造体及びスリーブの対向する面の少なくとも一方に動圧発生溝を有し、前記軸構造体と前記スリーブとが対向する面の隙間に潤滑剤が介在する流体軸受装置において、前記潤滑剤は、３つのエーテル結合を持つ２価アルコールと１種以上の炭素数６〜１０の飽和１価脂肪酸とから得られる総炭素数２０〜２８のジエステルを含有する流体軸受装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、動圧型の流体軸受装置、ならびにそれを用いたスピンドルモータ及び情報装置に関する。

流体軸受装置は、軸と、軸を受けるスリーブとからなり、両者の対向する隙間に潤滑剤が介在する。軸の回転に伴い、軸又はスリーブに形成された動圧発生溝によって潤滑剤がかき集められ、圧力を発生し、軸がスリーブに対して非接触で支持される。これにより、高速回転が実現され、また回転時の騒音を軽減することを可能とする。
これら流体軸受装置を搭載したスピンドルモータは、媒体の記録密度の向上に不可欠な回転精度、さらに耐衝撃性や静粛性に優れているため、磁気ディスク装置に代表される情報機器用や音響・映像機器用に用いられるモータの主流となってきている。

しかし、特に、これら流体軸受装置を搭載したスピンドルモータを磁気ディスク装置に用いる場合、流体軸受装置の軸とスリーブとが非接触で高速回転するため、軸とスリーブとの間に介在する潤滑剤の流動や磁気ディスクの空気摩擦によって帯電が生じ、装置内に電荷が蓄えられることとなる。この蓄えられた電荷が、軸もしくはスリーブと連結した磁気ディスクと、記録再生ヘッドとの間で放電されると、記録再生障害や記録再生ヘッドの損傷を引き起こす虞がある。

その対策として、潤滑剤に導電性添加剤として有機ポリマーを添加した磁気ディスク装置（例えば、特許文献１参照）、潤滑剤に帯電防止剤を添加した流体軸受スピンドルモータ（例えば、特許文献２参照）、潤滑剤に特定の添加剤を配合した流体軸受装置（例えば、特許文献３参照）等が提案されている。これらの技術は、導電性又は帯電防止効果を向上させるための各種添加剤を潤滑剤に添加することによって、装置内に蓄えられた電荷をアースする、もしくは、帯電を抑制するものであった。
さらに、近年、磁気ディスク装置の小型化、省エネルギー化、長寿命化が進み、それに伴い、その主要部品であるスピンドルモータにも、モータ消費電流の低減及び耐久性の向上が求められている。

そのため、流体軸受装置に使用される潤滑剤として、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）、アゼライン酸ジオクチル（ＤＯＺ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）等のエステルを潤滑剤として用いた流体軸受装置が提案された。また、ネオペンチルグリコールと炭素数６〜１２の一価脂肪酸及び／又はその誘導体とから得られるエステルを潤滑剤として用いた流体軸受装置（例えば、特許文献４参照）、一般式Ｒ¹−ＣＯＯ−（ＡＯ）_n−Ｒ² で表されるエステルを潤滑剤として用いた軸受（例えば、特許文献５参照）等の従来例が提案されている。これらは、粘度の低い潤滑剤を用いることによって、トルクを低減（つまり、低消費電力）しようとするものであった。
加えて、磁気ディスク装置の用途が広範囲にわたり、カーナビゲーションなどに代表される車載用機器は、従来の機器に比べ、広い温度範囲で使用されるため、特に極低温でも回転可能なことが求められている。

これに対し、トリメチロールプロパンと炭素数４〜８の１価脂肪酸の少なくとも２種の混合酸とのエステルを潤滑剤として用いた流体軸受（例えば、特許文献６参照）、一般式Ｒ¹Ｏ−（Ａ¹Ｏ）−ＯＣ−Ｒ³−ＣＯ−（ＯＡ²）−ＯＲ²で表されるエステルを潤滑剤として用いた流体軸受（例えば、特許文献７参照）等が提案されている。これらは、流動点が低く、極低温でも固化しない潤滑剤を用いることによって、極低温でも使用可能にしようとするものであった。
特表２０００−５００８９８号公報 特開２００１−２０８０６９号公報 特開２００３−１７１６８５号公報 特開２００１−３１６６８７号公報 特開２００２−２０６０９４号公報 特開２００４−９１５２４号公報 特開２００６−９６８４９号公報

しかし、このような従来の装置には下記のような課題がある。
導電性又は帯電防止効果を向上させるために、添加剤として高分子量又は高粘度の化合物を一定量以上添加することにより、潤滑剤の粘度が高くなり、軸受装置のトルクが増大（つまり、消費電力が増大）するという問題がある。
加えて、添加剤は特定の効果（導電性添加剤は導電性、帯電防止剤は帯電防止）を向上させることを目的とするため、添加剤自体の耐熱性や耐久性が潤滑剤の他の機能に影響を与える場合がある。さらに、添加剤の劣化に伴い、添加剤の効果低減や潤滑剤全体の劣化促進を引き起こす場合があり、装置の長期信頼性を得ることができないという問題がある。

また、従来の低粘度の潤滑剤を用いた流体軸受装置では、トルク低減が可能な一方で、潤滑剤の耐熱性が低い（蒸気圧が高い）ため蒸発量が大きく、長期の使用にあたっては軸受装置の安定した回転に必要な潤滑剤量を維持できない。したがって、装置の信頼性が十分でなく、寿命が短くなるという問題がある。その対策として、潤滑剤の蒸発量を考慮して必要以上の余分な潤滑剤を充填する方法が考えられるが、その分のトルクの増加やコスト増を招き、加えてスペース確保のために小型化が困難になるという問題がある。

さらに、従来の低流動点の潤滑剤を用いた流体軸受では、粘度の温度変化が大きい（粘度指数が小さい）ため、低温での回転は可能であるが、低温の消費電流が大きくなる課題がある。また、特にジカルボン酸ジエステル系潤滑剤を用いた流体軸受では、熱分解温度が低く、加水分解安定性が低いため、高温高湿等での長期信頼性が十分ではないという課題がある。

本発明は、軸構造体及びスリーブの対向する面の少なくとも一方に動圧発生溝を有し、前記軸構造体と前記スリーブとが対向する面の隙間に潤滑剤が介在する流体軸受装置であって、前記潤滑剤は、３つのエーテル結合を持つ２価アルコールと１種以上の炭素数６〜１０の飽和１価脂肪酸とから得られる総炭素数２０〜２８のジエステルを含有する流体軸受装置を提供する。
また、本発明は、上述した装置を搭載したスピンドルモータ及び該スピンドルモータを搭載した情報装置を提供する。

本発明によれば、潤滑剤が良好な導電性を発揮する（体積抵抗率が低い）ため、潤滑剤に、導電性及び／又は帯電防止効果を与えるための添加剤を添加することなく、信頼性の高い流体軸受装置を実現できる。また、このような添加剤による潤滑剤の粘度増加を回避することができるため、トルク低減を図ることができる。さらに、従来と比べて、潤滑剤は、低粘度で、粘度温度変化が小さく、耐熱性及び加水分解安定性が高く、低温流動性が良好であるなど性能バランスに優れているため、低消費電力で、電力の温度変化の小さい、長寿命で、極低温でも使用可能な、信頼性の高い流体軸受装置を実現できる。また、流体軸受装置１台当りに充填する潤滑剤の量を低減でき、コスト低減及び装置の小型化が可能となる。

以下、本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

《実施の形態１》
本発明の実施の形態１について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１における軸固定式の流体軸受装置の主要部分の断面図である。
図２において、軸２は、その外周面にヘリングボーン形状のラジアル動圧発生溝２ａ、２ｂが形成されている。軸２は、一端がスラストフランジ３に固定され、他端がベース１ａに圧入固定されている。軸２及びスラストフランジ３は、軸部を構成する。なお、本発明では、軸２のみで軸構造体を構成してもよいし、任意にスラストフランジ３（図１及び図２）及びハブ１５の一部（図３）又は全部とが軸構造体を構成してもよい。軸部及びベース１ａは、固定部を構成する。

一方、スリーブ４は、軸部を受ける軸受孔を有する。スリーブ４の一端にはスラストプレート９が取り付けられている。スリーブ４の軸受孔には、スラストプレート９とスラストフランジ３とが対向するように軸部が挿入されている。スリーブ４及びスラストプレート９は回転部を構成する。また、スラストフランジ３のスラストプレート９との対向面には、スパイラル形状のスラスト動圧発生溝３ａが形成されている。軸受孔と軸部の隙間には後述する潤滑剤８が介在する。回転部及び固定部によってモータ駆動部が形成される。

回転部の回転に伴い、動圧発生溝２ａ、２ｂは潤滑剤８をかき集め、軸２とスリーブ４との間のラジアル半径隙間１０においてラジアル方向にポンピング圧力を発生する。同様に、回転により、動圧発生溝３ａは潤滑剤８をかき集め、スラストフランジ３とスラストプレート９との間でスラスト方向にポンピング圧力を発生する。これにより回転部は固定部に対して上方に浮上して非接触で回転支持される。
なお、モータの回転数としては、一般に、４２００ｒｐｍ、５４００ｒｐｍ、７２００ｒｐｍ、１００００ｒｐｍ、１５０００ｒｐｍ等が用いられる。

本発明の流体軸受装置では、軸２とスリーブ４のラジアル半径隙間１０は、１〜５μｍが好ましく、より好ましくは１．５μｍ〜４μｍ、さらに好ましくは１．５μｍ〜３μｍである。
トルクは、一般に軸２とスリーブ４のラジアル半径隙間１０（以下、単に「隙間」と記す。）の逆数に比例し、剛性は隙間の３乗の逆数に比例するため、潤滑剤８の粘度に応じた隙間が必要である。従って、この範囲の隙間において、本発明の流体軸受装置おける潤滑剤を用いた場合に、潤滑剤の低粘度化の効果を十分に発揮させることができ、低トルク化と、軸受に必要な剛性とを両立できる。
一般に、流体軸受装置における潤滑剤は低粘度であれば、高温環境において所定の軸剛性を確保するために、ラジアル半径隙間を小さくする必要がある。

しかし、上記した範囲の隙間で、本発明の流体軸受装置における潤滑剤を用いることにより、隙間の影響を最小限にとどめて、トルク低減の効果を最大限に発揮させることができる。また、混入異物及び起動停止時に発生する摩耗粉等による軸受ロックの発生を防止して、装置の信頼性を向上させることができる。さらに、過度の軸及びスリーブ等の高い加工精度と組立精度とが必要とならず、コストアップを防止することができる。また、本発明の流体軸受装置における潤滑剤の低粘度化の効果を最大限に発揮させながら、軸受の剛性を確保して、実用上の使用に十分耐えることができる。また、軸の偏心率の増大を防止し、スピンドルモータに取り付けられる磁気ディスク等の記録媒体の回転面振れを抑制し、これにより記録再生位置の精度の低下や信号強度のばらつきを最小限にし、磁気ディスク装置の性能基準を十分に満たすことができる。さらに、潤滑剤と空気との接触面積を最小限にとどめ、潤滑剤の酸化劣化を防止して、軸受装置の寿命を確保することができる。

また、軸２は、直径１〜４ｍｍが好ましい。これにより、軸受の剛性を確保するために、隙間と軸の長さとを適切に調整することができ、装置の小型化の制限を抑制し、必要な性能基準を十分に満たすことが可能になる。また、剛性とトルクロスとのバランスを調節し、潤滑剤の効果を十分に発揮させることができる。ラジアル半径隙間１０との組み合わせから、軸２は、より好ましくは直径１．５〜３．５ｍｍ、さらに好ましくは直径１．５〜３ｍｍである。これにより、本発明の流体軸受装置における潤滑剤の効果を最大限に利用できる。

軸２の材質としては、ステンレス鋼が最適である。ステンレス鋼は、他の金属と比べ、高硬度で、摩耗発生量を抑制できるため、低粘度で表面保護吸着膜の薄い、本発明の流体軸受装置における潤滑剤を用いる場合に有効である。好ましくは、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト系ステンレス鋼であり、より好ましくは、マルテンサイト系ステンレス鋼である。

スリーブ４には、銅合金、鉄合金、ステンレス鋼、セラミックス、樹脂等の材料を使用することが好ましい。より耐摩耗性及び加工性が高く、かつ、低コストである、銅合金、鉄合金、ステンレス鋼がより好ましい。コスト面から焼結材料を用いてもよく、潤滑剤を焼結材料に含浸させる場合でも同様の効果が得られる。軸材料及び／またはスリーブ材料の一部表面または全表面に、メッキ法、物理蒸着法、化学蒸着法、拡散被膜法等によって表面改質を行ってもよい。

なお、上述の説明では、ラジアル動圧発生溝は、軸２の外周面に形成したが、スリーブ４の軸受孔面（内周面）、あるいは軸２の外周面及びスリーブ４の軸受孔面の両方に形成してもよい。つまり、ラジアル動圧発生機構は、軸又はスリーブの少なくとも一方に有していればよい。スラストフランジ３側面とスリーブ４との間でラジアル動圧発生機構を有していてもよい。動圧発生機構としては、例えば、溝、突起、段差、傾斜面等種々の形状のものが挙げられる。また、ラジアル動圧発生溝は、ヘリングボーン形状及びスパイラル形状等、種々の形状を採用することができる。

また、スラスト動圧発生溝は、スラストフランジ３のスラストプレート９との対向面のみ、あるいはスラストプレート９のスラストフランジ３との対向面のみ、スラストフランジ３のスラストプレート９との対向面の裏面のみ、もしくは前記３箇所のうちの２箇所以上に形成してもよい。
なお、スラスト動圧発生溝以外に、上述したような動圧を発生する機構であれば、どのような機構のものであってもよい。
本実施の形態において軸部を片端固定としたが、これに限らず、両端固定の場合、又はスリーブの軸受孔を両端開放した場合でも同様の効果が得られる。

《実施の形態２》
本発明の実施の形態２について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態２における軸回転式の流体軸受装置を有するスピンドルモータを搭載した磁気ディスク装置の主要部分の断面図である。本実施の形態においては、流体軸受装置を軸固定から軸回転方式にした点及びスラスト動圧発生溝をヘリングボーン形状にした点において、図２における実施の形態１の流体軸受装置とは異なる。それ以外の点においては、実施の形態１と同様の構成をなし、同一の符号を付した要素についての詳細な説明は省略する。

図１において、軸２は、外周面にヘリングボーン形状のラジアル動圧発生溝２ａ、２ｂを形成し、一端をスラストフランジ３に固定し、他端をハブ５に圧入する。軸２及びスラストフランジ３は軸部を形成する。ハブ５には、さらに２枚のガラス製磁気ディスク１１がスペーサ１２を挟み込んだ状態で積層され、クランプ１３を介して止ビス１４で固定されている。また、ハブ５の内周面にはロータマグネット６が固定される。軸部（軸２及びスラストフランジ３）、ハブ５、ロータマグネット６、磁気ディスク１１、スペーサ１２、クランプ１３、及び止ビス１４は、回転部を構成する。

一方、スリーブ４は、ベース１に圧入され、軸部を受ける軸受孔を有する。スリーブ４の一端にはスラストプレート９が取り付けられている。スリーブ４の軸受孔には、スラストプレート９とスラストフランジ３とが対向するように軸部が挿入される。ベース１に形成された壁にはステータコイル７が取り付けられる。ベース１、スリーブ４、スラストプレート９、及びステータコイル７は、固定部を形成する。スラストフランジ３のスラストプレート９との対向面には、へリングボーン形状のスラスト動圧発生溝３ａが形成されている。軸受孔と軸部の隙間には後述する潤滑剤８が充填され、軸受装置が構成される。回転部及び固定部は、モータ駆動部を構成する。

このモータ駆動部により、回転部が回転駆動する動作について説明する。
まず、ステータコイル７に通電されると回転磁界が発生し、ステータコイル７と対向して取り付けられたロータマグネット６が回転力を受け、ハブ５、軸２、磁気ディスク１１、クランプ１３、スペーサ１２とともに回転を始める。回転により、ヘリングボーン形状の動圧発生溝２ａ、２ｂ及び３ａは潤滑剤８をかき集め、ラジアル方向、スラスト方向ともに（軸２とスリーブ４との間、及びスラストフランジ３とスラストプレート９との間に）ポンピング圧力を発生する。これにより回転部は固定部に対して上方に浮上して非接触で回転支持され、磁気ディスクのデータの記録再生を可能とする。

なお、ハブ５に取り付けられる磁気ディスクは、特に限定されないが、材質は、ガラス製もしくはアルミニウム製が挙げられ、小型機種の場合には、１枚以上（通常１〜２枚）を装着することができる。

《実施の形態３》
図３は、実施の形態３の軸回転式の流体軸受装置を有するスピンドルモータを搭載した磁気ディスク装置の主要部分の断面図である。
この磁気ディスク装置において、ベース３１の中央には、軸２２を受ける軸受孔を有するスリーブ２１が圧入されており、ベース３１に形成された壁にはステータコイル１７が取り付けられている。スリーブ２１の軸受孔には、一端側から軸２２が挿入されており、他端がキャップ２１ａによって閉塞されている。軸２２には、外周面にヘリングボーン形状のラジアル動圧発生溝（図示せず）が形成されており、その一端がハブ１５に圧入されており、他端はキャップ２１ａに対向している。軸２２の外周面（動圧面）は、スリーブ２１の内周面（動圧面）に対して半径方向に隙間Ｒを介して対向しており、その隙間Ｒに、後述する潤滑剤８が満たされている。ハブ１５の内周面にはロータマグネット１６が固定されており、このハブ１５と軸２２とが軸構造体を構成する。

また、スリーブ２１の上端面（動圧面）と、ハブ１５の内部側における下端面（動圧面）とは、軸方向に隙間Ｓを介して対向するように配置されており、これら面の少なくとも一方側には、スパイラル形状のスラスト動圧発生溝（図示省略）が形成されている。その隙間Ｓにも潤滑剤８が満たされており、上述した隙間Ｒから、隙間Ｓに至るまで、実質的に連続して途切れなく充填されている。
軸２２及びハブ１５が回転する際には、上述したスラスト動圧発生溝の作用によって潤滑剤８に動圧力を生じる。その動圧力によって、軸２２及びハブ１５は、スラスト方向に浮上して、非接触状態で軸支持される。

スリーブ２１の外周側には、シール部ＳＳが形成されている。シール部ＳＳの間隙は、スリーブ２１の半径方向外方で隙間Ｓに接続しており、下方向に向かって拡大する構成となっている。これにより、シール部ＳＳは潤滑剤８の外部への流出を防止している。

本発明の流体軸受装置、例えば、実施の形態１〜３では、軸２とスリーブ４とは、後述する高導電性の潤滑剤を介しているため、両者の電気導通経路を確実かつ安定に保つことができる。そのため、回転部の回転によって蓄積された電荷をアースすることができ、磁気ディスクと記録再生ヘッドの間で電荷が放電されることがなく、さらに、記録再生障害や記録再生ヘッドの損傷を引き起こすことがない。

本発明において用いることができる潤滑剤８としては、３つのエーテル結合を持つ２価アルコールと１種以上の炭素数６〜１０の飽和１価脂肪酸とから得られる総炭素数２０〜２８のジエステルを用いる。このジエステルは、３つのエーテル結合及び２つのエステル結合を有するため、強い分子極性を示す。そのため、電荷を引き付けやすく、蓄積された電荷の移動を容易にする。その結果、潤滑剤の体積抵抗率を低減することができる。

２価アルコールとしては、３つのエーテル結合を含むものであれば、特に限定されることなく用いることができる。
例えば、テトラエチレングリコール、テトラプロピレングリコール、テトラブチレングリコール等が挙げられる。
また、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール等から選ばれる２種以上の縮合形である複合グリコールが挙げられる。

具体的には、エチレングリコール１分子とプロピレングリコール１分子とブチレングリコール２分子との縮合形である複合グリコール（エチレングリコールプロピレングリコールジブチレングリコール）、エチレングリコール１分子とプロピレングリコール２分子とブチレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール（エチレングリコールジプロピレングリコールブチレングリコール）、エチレングリコール１分子とプロピレングリコール３分子との縮合形である複合グリコール（エチレングリコールトリプロピレングリコール）、エチレングリコール１分子とブチレングリコール３分子との縮合形である複合グリコール（エチレングリコールトリブチレングリコール）、エチレングリコール２分子とプロピレングリコール２分子との縮合形である複合グリコール（ジエチレングリコールジプロピレングリコール、（エチレングリコールプロピレングリコール）₂）、エチレングリコール２分子とブチレングリコール２分子との縮合形である複合グリコール（ジエチレングリコールジブチレングリコール、（エチレングリコールブチレングリコール）₂）、エチレングリコール２分子とプロピレングリコール１分子とブチレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール（ジエチレングリコールプロピレングリコールブチレングリコール）、エチレングリコール３分子とプロピレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール（トリエチレングリコールプロピレングリコール）、エチレングリコール３分子とブチレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール（トリエチレングリコールブチレングリコール）、プロピレングリコール１分子とブチレングリコール３分子との縮合形である複合グリコール（プロピレングリコールトリブチレングリコール）、プロピレングリコール２分子とブチレングリコール２分子との縮合形である複合グリコール（ジプロピレングリコールジブチレングリコール）、プロピレングリコール３分子とブチレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール（トリプロピレングリコールブチレングリコール）等が挙げられる。

中でも、耐熱性、低粘度、粘度温度特性、低温流動性等の性能バランスに優れるため、低トルクで、温度によるトルク変動の小さい、低温起動可能な、長寿命化が可能となる、エチレングリコール３分子とプロピレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール（トリエチレングリコールプロピレングリコール）、エチレングリコール３分子とブチレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール（トリエチレングリコールブチレングリコール）、エチレングリコール２分子とプロピレングリコール２分子との縮合形である複合グリコール（ジエチレングリコールジプロピレングリコール）が好ましく、特に、エチレングリコール３分子とプロピレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール（トリエチレングリコールプロピレングリコール）が好ましい。

これらの複合グリコールは、各グリコールの結合配列は特に限定されないが、非対称の分子構造を有するものが好ましい。ここでいう非対称分子構造の２価アルコール（グリコール）とは、２価アルコールの構造式の中心の元素（原子）を基準に、左右が異なる構造である化合物、具体的には、３つのエーテル結合の２番目（真ん中）の元素である酸素を構造中心として、非対称の分子構造を有するものが挙げられる。なお、複合グリコールが非対称分子構造でなくても、後述する酸成分とのジエステルにおいて、非対称分子構造となるものであればよい。

例えば、エチレングリコール２分子とプロピレングリコール２分子との縮合形である複合グリコールの場合、ジエチレングリコールジプロピレングリコール、エチレングリコールプロピレングリコールエチレングリコールプロピレングリコール、エチレングリコールジプロピレングリコールエチレングリコール、プロピレングリコールジエチレングリコールプロピレングリコールの４種があるが、いずれか一つ又は２つ以上の混合物でもよい。より好ましくは、ジエチレングリコールジプロピレングリコール、エチレングリコールプロピレングリコールエチレングリコールプロピレングリコールの非対称分子構造のものが挙げられる。これら非対称分子構造の２価アルコール（グリコール）を用いた場合は、対称分子構造のものよりも低温で結晶化しづらいため、低温流動性に優れる特性を有する。

また、これらの２価アルコールで分岐鎖を持つものは、位置異性体が存在するが、いずれの位置異性体及びその混合物でも用いることができる。
なお、これらの複合グリコールは、当該分野で知られたいずれの方法によって製造されたものでもよい。その方法には、例えば、触媒下又は無触媒下、グリコール同士の縮合反応（重縮合、重付加等、脱水縮合を含む）、グリコールとアルキレンオキサイドとの反応等を含む。
また、本発明に用いる２価アルコールは、上記の１種又は２種以上組み合わせて用いることができる。

本発明のジエステルの酸成分は、炭素数６〜１０の飽和１価脂肪酸である。これらは、不飽和結合を含まないため、熱及び酸化に対する安定性が高い（耐熱性が高い）。また、高温環境下や高速回転下でも劣化が起こりにくく、つまり、蒸発量及び粘度を抑え、低温流動性を向上させることができる。よって、装置の長寿命化を図ることができる。

この飽和１価脂肪酸は、１種のみで用いてもよいが、２種以上併用することが好ましい。単一種の場合よりも、低温流動性、蒸発特性等をさらに向上させることができるからである。これにより、装置の使用可能な温度範囲を拡大でき、さらに長寿命化が可能となる。脂肪酸を２種以上用いる場合は、炭素数が同一の直鎖型と分岐型、炭素数が同一で分岐位置が異なる分岐型、炭素数が異なる直鎖型、炭素数が異なる直鎖型と分岐型、炭素数が異なる分岐型等の組み合わせが挙げられる。なかでも、直鎖型を少なくとも１種以上用いることが好ましい。これにより、潤滑剤の耐熱性をより高めることができ、蒸発量を低減することができる。また、粘度の温度変化を抑制することができる。よって、装置の長寿命化とトルクの温度変化を抑制することが可能である。また、炭素数が同一の飽和１価脂肪酸、特に、炭素数が同一の直鎖型と分岐型を用いることにより、潤滑剤の耐熱性や密度等の特性において互いに大きく異なることがないため、装置の性能安定性が高まり、高い信頼性を得ることができる。

また、飽和１価脂肪酸を２種以上用いる場合、これらの使用比率は、特に制限はなく任意の比率で使用できる。
この脂肪酸の具体例としては、ｎ−ヘキサン酸、ｎ−ヘプタン酸、ｎ−オクタン酸、ｎ−ノナン酸、ｎ−デカン酸、イソヘキサン酸、イソヘプタン酸、イソオクタン酸、２−エチルヘキサン酸、イソノナン酸、３，５，５−トリメチルヘキサン酸、イソデカン酸等が挙げられる。

特に、炭素数が７〜９の直鎖型の飽和１価脂肪酸は、耐熱性、粘度特性等の性能に優れる。そのため、低トルク即ち低消費電力で、信頼性が高い流体軸受装置を実現できる。例えば、ｎ−ヘプタン酸、ｎ−オクタン酸、ｎ−ノナン酸等が挙げられる。中でも、ｎ−ヘプタン酸、ｎ−オクタン酸は、高純度のものが安定して入手しやすいため、エステル化した場合、物性のロットばらつきが小さく、不純物に起因するアウトガス量も抑制できるため、より好ましい。

炭素数７〜９の分岐型の飽和１価脂肪酸は、耐熱性と低温流動性に優れるため、軸受の信頼性向上と低温度域での回転起動確保に有効である。例えば、イソヘプタン酸、イソオクタン酸、２−エチルヘキサン酸、イソノナン酸、３，５，５−トリメチルヘキサン酸等が挙げられる。

本発明で用いられる潤滑剤におけるジエステルは、総炭素数が２０〜２８であることが好ましく、２２〜２６がより好ましく、２３〜２５がさらに好ましい。これにより、軸受のトルク低減、蒸発量の減少、長寿命化を図ることができ、コスト面及び小型化に有利となる。加えて、低温度域での回転起動を確保することができる。

このジエステルは、所定のアルコール成分と酸成分とを、触媒存在下又は無触媒下で、公知のエステル化反応に付すことにより合成することができる。
なお、潤滑剤は、本発明の２種以上のジエステルを併用してもよい。
例えば、アルコール成分１種と酸成分２種とから得られるジエステルは、１分子中に１種の酸成分の残基のみが結合した単一構造のジエステルが２種、１分子中に２種の酸成分の残基が結合した混合構造のジエステルが１種、合計３種類のジエステル混合物となる。このジエステル混合物をそのまま用いてもよい。

また、本発明で用いられる潤滑剤におけるジエステルは、低温で結晶化しづらく、低温流動性に優れる特性を有するため、非対称分子構造のものが好ましい。
具体的には、(1)対称分子構造の２価アルコール成分の残基と２種の酸成分の残基を持つ非対称分子構造のジエステル、(2)非対称分子構造の２価アルコール成分の残基と２種の酸成分の残基を持つ非対称分子構造のジエステル、(3)非対称分子構造の２価アルコール成分の残基と１種の酸成分の残基を持つ非対称分子構造のジエステルが挙げられる。

ここでの２種の酸成分とは、炭素数、分岐の有無、分岐位置などが異なっていればよい。
また、非対称分子構造のジエステルとは、構造式における２つのエステル結合の間の中間の元素（原子）を基準に、左右が異なる構造である化合物を示す。
具体的には、ジエステルの構造式中の３つのエーテル結合の２番目（真ん中）の元素である酸素を構造中心としたものが挙げられ、ジエステルを構成するエステル結合の残基（酸成分の残基）がそれぞれ異なっているものでもよい。

本発明における潤滑剤であるジエステルは、公知のエステルより体積抵抗率が低いため、特に導電性添加剤を添加する必要がなく、装置の帯電を良好に抑制することができる。
本発明における潤滑剤８は、上述したジエステルに、さらに、添加油として他の種類の油を混合させてもよい。添加油は、粘度の低減や調整、さらなる耐熱性の向上、低温流動性の向上等別の性能を付加、補完する等の目的に応じて、適宜選択できる。

具体的には、鉱物油、ポリαオレフィン、アルキル芳香族、ポリグリコール、フェニルエーテル、ポリオールエステル、二塩基酸ジエステル、リン酸エステル等既知の化合物が挙げられる。これら添加油は、１種もしくは２種以上を混合することができる。中でも、ポリオールエステル及び二塩基酸ジエステルは、耐熱性が高く、低温での流動性も優れているため、軸受装置の信頼性向上や低温度域での回転起動確保に有効である。

ポリオールエステルとしては、ネオペンチルグリコール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等のアルコールと脂肪酸とのエステルが挙げられる。二塩基酸ジエステルの中では、セバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）、アゼライン酸ジオクチル（ＤＯＺ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、アジピン酸ジイソノニル、アジピン酸ジイソデシル等が挙げられる。

また、潤滑剤８には、添加剤を配合できる。添加剤は、基油の性能を向上、補完する目的で、公知の化合物を選択することができる。具体的には、酸化防止剤、防錆剤、金属不活性剤、油性剤、極圧剤、摩擦調整剤、摩耗防止剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、消泡剤、帯電防止剤、導電性付与剤、清浄分散剤、加水分解防止剤等の１種もしくは２種以上を配合することができる。添加剤は、劣化に伴いガス発生や変質を引き起こし、軸受及び装置の性能を低下させると共に粘度も増大させるため、配合総量を必要最小限にとどめるべきである。添加剤の配合総量は、基油及び添加剤を含めた潤滑剤の総重量に対する割合として、好ましくは０．１〜５重量％、より好ましくは０．５〜４重量％である。

特に、酸化防止剤は、流体軸受装置の長期信頼性を向上させるためには、必要不可欠である。具体的には、硫黄及び塩素を分子中に含まないフェノール系または同様のアミン系酸化防止剤が流体軸受装置用として最適である。硫黄及び塩素を分子中に含む添加剤は、分解した場合に、腐食性のガスを発生し、装置の性能に大きな影響を与える恐れがある。これらの酸化防止剤は、単独でもしくは併用して使用する。中でも、８０〜１００℃以上の高温環境下での装置の使用にも十分効果を発揮、維持できる、耐熱性の高い、フェノール基を２個以上含有するフェノール系酸化防止剤が好ましい。さらに、低温での流動性を低下させず、装置の回転起動を容易にできる液状タイプの酸化防止剤を選択して使用することが好ましい。

さらに、低粘度で表面保護吸着膜の薄い本発明の潤滑剤の場合においては、流体軸受装置の起動及び停止時に生じる軸とスリーブの接触に伴う摩擦、摩耗が従来と比較して増大する場合がある。そのため、前記酸化防止剤に加えて、軸及びスリーブの金属表面に皮膜を形成しやすく、硫黄及び塩素を分子中に含まない、防錆剤、金属不活性剤、油性剤、極圧剤、摩耗調整剤、摩耗防止剤の少なくとも１つを添加剤として添加することが最も好ましい。

具体的には、ベンゾトリアゾール等のアゾール類、オレイン酸、ｎ−テトラデカン酸、ｎ−ヘキサデカン酸、ｎ−オクタデカン酸等の脂肪酸及びその誘導体、オレイルアルコール等の脂肪族アルコール、コハク酸エステル、コハク酸ハーフエステル、リン酸エステル、亜リン酸エステル等のエステル、その他として金属塩、リン酸エステル塩、脂肪族アミン、アルキルイミダゾール類、グリセリンモノオレエート、ソルビタンモノオレエート等が挙げられる。

各種添加剤として知られる汎用の金属塩は、流体軸受装置の起動及び停止時に生じる軸とスリーブとの接触に伴う摩擦や摩耗の発熱によって、潤滑剤のエステルが分解したカルボン酸と反応して、カルボン酸塩を形成し沈殿物となる場合があるため、使用しないことが好ましい。

軸受構成が同じである場合、モータ消費電流は潤滑剤の粘度が高いほど大きくなるため、また、モータ消費電流はモータの回転数が高いほど大きくなるため、潤滑剤の粘度はなるべく低い方が良い。しかし、潤滑剤の粘度が低い場合は、軸の剛性を保つためにラジアル半径隙間を小さくする必要がある。ラジアル半径隙間を小さくしすぎると、異物等が混入して軸受の回転ロックが起こる可能性が高くなり、装置の信頼性が低下する。したがって、潤滑剤の粘度は、−２０℃において、７０〜２００ｍＰａ・ｓ、より好ましくは７０〜１８０ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは７０〜１５０ｍＰａ・ｓ、かつ、２０℃において５〜３５ｍＰａ・ｓ、より好ましくは５〜３０ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは１０〜２５ｍＰａ・ｓであり、かつ、８０℃において、２〜５ｍＰａ・ｓ、より好ましくは、２〜４ｍＰａ・ｓ、さらに好ましくは、３〜４ｍＰａ・ｓの場合に本発明の流体軸受装置における潤滑剤の効果を最大限に発揮できる。

潤滑剤の体積抵抗率は、２０℃において、１×１０¹¹Ω・ｃｍ以下の場合に、良好な導電性を示し、装置の信頼性を確保できる。公知のエステル系潤滑剤の体積抵抗率は、２０℃において、約１×１０¹¹〜１×１０¹³Ω・ｃｍである。本発明の流体軸受装置における潤滑剤の２０℃における体積抵抗率は、好ましくは、１×１０¹¹Ω・ｃｍ以下、より好ましくは、１×１０¹⁰Ω・ｃｍ以下である。なお、体積抵抗率の測定方法は、ＪＩＳ−Ｃ２１０１に準拠した。

潤滑剤８の蒸発量は、ＪＩＳ−Ｃ２１０１に準拠し、１５０℃で２４時間加熱させた場合に、４ｗｔ％程度以下である場合が好ましい。
潤滑剤８の低温固化温度は、−２０℃以下、好ましくは−３０℃以下、より好ましくは−４０℃以下である。これにより、通常の装置使用温度下限である−２０℃や車載用途で求められる−４０℃の極低温環境においても、流体軸受装置やスピンドルモータに負担を掛けることなく回転起動可能である。ただし、この場合の低温固化温度は、潤滑剤において一般にＪＩＳ−Ｋ２２６９で測定される流動点とは異なる温度である。低温固化温度とは、サンプル瓶に潤滑剤を採取後、温度槽に２日間静置した場合に一部または全部が固形化する温度であり、流動点よりも数℃〜十数℃高い温度である。

ただし、潤滑剤の低温固化温度が−４０℃以下の場合、すなわち低温固化していない状態でも、粘度の温度変化が大きければ、低温粘度が増大し、規定のトルクを発生させても、規定の時間内でモータは回転起動できない現象が生じる。

特に、潤滑剤が、−２０℃における粘度が７０〜２００ｍＰａ・ｓかつ８０℃における粘度が２〜５ｍＰａ・ｓで、低温固化温度が−２０℃以下で、２０℃における体積抵抗率が１×１０¹¹Ω・ｃｍ以下である場合には、粘度特性、低温流動性、導電性、耐熱性等の性能バランスをより有効に得ることができる。そのため、低トルク即ち低消費電力で、信頼性が高く、長寿命な流体軸受装置を実現できる。

流体軸受装置に充填される潤滑剤８は、あらかじめ、最小ラジアル半径隙間の寸法以下の孔径のフィルターで加圧もしくは減圧濾過を行い、異物除去を行うことが望ましい。これにより、軸受ロックの発生を防止することができる。

以下、本発明のスピンドルモータ及び磁気ディスク装置について、さらに詳細に説明する。なお、本発明に示す添加剤の配合量（重量％）は、基油及び添加剤を含めた潤滑剤の総重量に対する割合である。

実施例１、比較例１〜３
潤滑剤に、酸化防止剤としてフェノール基を２個含有するフェノール系である４，４'−メチレンビスー２，６−ジ−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール０．５重量％を配合した。

いずれの潤滑剤もあらかじめ孔径２．５μｍ以下のフィルターで減圧濾過処理により異物除去を行った。
（実施例１）
トリエチレングリコールプロピレングリコールとｎ−ヘプタン酸とから得られる総炭素数２３のジエステルを潤滑剤とした。
（比較例１）
ジエステルであるセバシン酸ジオクチル（ＤＯＳ）を潤滑剤とした。
（比較例２）
ネオペンチルグリコールとｎ−ノナン酸とから得られるポリオールエステルを潤滑剤とした。
（比較例３）
トリエチレングリコールと２−エチルヘキサン酸とから得られる総炭素数２２のジエステルを潤滑剤とした。

軸２とスリーブ４のラジアル半径隙間１０を２．５μｍ、軸２を直径３ｍｍのマルテンサイト系ステンレス鋼、スリーブ４を表面がニッケルメッキされた銅合金とした流体軸受装置を備えたスピンドルモータに、上記の実施例１、比較例１〜３の潤滑剤を、それぞれ規定の同一量充填した。−２０℃、２０℃及び８０℃の環境下にて、回転数５４００ｒｐｍのモータ消費電流を測定した。モータ消費電流値は、比較例１における２０℃におけるモータ消費電流値を１００とした場合の値で示した。

また、１００℃で５００時間連続回転後に、ハブ５及び磁気ディスク１１等を取り外し、スリーブ４の開放端（図１において上側）と軸２の隙間すなわち潤滑剤８が充填された液面を上面から顕微鏡を用いて確認し、液面の有無を評価した。潤滑剤８の液面が確認できない時、蒸発量によって潤滑剤８の量が減少し、液面が軸受内部に入り込んでいるため、性能維持に必要な潤滑剤量が不十分であり信頼性不足と判断した。

さらに、前記スピンドルモータを−２０℃と−４０℃の環境下に各５時間放置後、−２０℃と−４０℃での回転起動の可否を評価した。
実施例１、比較例１〜３の測定結果を表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１は、比較例１〜３に比べ、特に−２０℃でのモータ消費電流が低減されており、電流の温度による変化率も小さく、−４０℃の極低温域でも、回転起動可能であった。

実施例１は、比較例１に対して体積抵抗率及びモータ消費電流の点で、比較例２に対して体積抵抗率及び回転起動や信頼性の点で、比較例３に対してモータ消費電流の点で、大きな優位性が見られ、性能バランスに優れていることが明らかである。
なお、実施例１、比較例１〜３における潤滑剤の低温流動性を示す流動点とモータ回転起動可能温度とは、必ずしも一致していない。これは、ＪＩＳ−Ｋ２２６９等で測定される流動点は、環境放置時間が定義されていない等、実際の固化温度と異なること等が要因に挙げられる。

（実施例２〜１５）
表２の潤滑剤として用いる以外、実施例１と同様の構成を有した装置を作製し、これらについて同様に評価すると、実施例１と同様の効果が得られる。

以上のことから、本発明の流体軸受装置及びスピンドルモータは、装置の帯電を抑制すると共に、低消費電力で、電力の温度変化が小さく、信頼性が高く、小型化に適し、長寿命である。また、−４０℃の極低温でも回転起動可能であり、必要な性能のバランスに優れている。

本発明に係る流体軸受装置及びそれを用いたスピンドルモータは、情報装置である、磁気ディスク装置（ハードディスク装置）、光ディスク装置、スキャナ装置、レーザビームプリンタ、ビデオレコーダ等のモータとして利用することができる。特に、２．５インチサイズ以下の小型の磁気ディスクを搭載するスピンドルモータ及び磁気ディスク装置において有効である。

本発明の実施の形態２における軸回転式の流体軸受装置を有するスピンドルモータ及び磁気ディスク装置の断面図である。 本発明の実施の形態１における軸固定式の流体軸受装置の断面図である。 本発明の実施の形態３における流体軸受装置の断面図である。

符号の説明

１、１ａ、３１ ベース
２、２２ 軸
２ａ、２ｂ 動圧発生溝
３ スラストフランジ
３ａ 動圧発生溝
４、２１ スリーブ
５、１５ ハブ
６、１６ ロータマグネット
７、１７ ステータコイル
８ 潤滑剤
９ スラストプレート
１０ ラジアル半径隙間
１１ 磁気ディスク
１２ スペーサ
１３ クランプ
１４ 止ビス
２１ａ キャップ
Ｒ、Ｓ 隙間
ＳＳ シール部

Claims (14)

1. 軸構造体及びスリーブの対向する面の少なくとも一方に動圧発生溝を有し、前記軸構造体と前記スリーブとが対向する面の隙間に潤滑剤が介在する流体軸受装置であって、前記潤滑剤は、３つのエーテル結合を持つ２価アルコールと１種以上の炭素数６〜１０の飽和１価脂肪酸とから得られる総炭素数２０〜２８のジエステルを含有する流体軸受装置。
2. 前記ジエステルは、非対称分子構造である請求項１に記載の流体軸受装置。
3. 前記２価アルコールは、非対称分子構造である請求項１又は２に記載の流体軸受装置。
4. 前記２価アルコールは、エチレングリコール３分子とプロピレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール、エチレングリコール３分子とブチレングリコール１分子との縮合形である複合グリコール及びエチレングリコール２分子とプロピレングリコール２分子との縮合形である複合グリコールから選択される１種以上である請求項１〜３のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
5. 前記２価アルコールは、トリエチレングリコールプロピレングリコールである請求項１〜４のいずれか1つに記載の流体軸受装置。
6. 前記飽和１価脂肪酸は、炭素数７〜９である請求項１〜５のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
7. 前記飽和１価脂肪酸は、ｎ−ヘプタン酸、ｎ−オクタン酸、ｎ−ノナン酸、イソヘプタン酸、イソオクタン酸、２−エチルへキサン酸、イソノナン酸、３，５，５−トリメチルへキサン酸からなる群から選択される１種以上である請求項６に記載の流体軸受装置。
8. 前記飽和１価脂肪酸は、ｎ−ヘプタン酸及び／又はｎ−オクタン酸である請求項６に記載の流体軸受装置。
9. 前記飽和１価脂肪酸は、２種以上の飽和１価脂肪酸である請求項１〜８のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
10. 前記２種以上の飽和１価脂肪酸は、少なくとも１種が直鎖型飽和１価脂肪酸である請求項９に記載の流体軸受装置。
11. 前記２種以上の飽和１価脂肪酸は、炭素数が同一である請求項９又は１０に記載の流体軸受装置。
12. 前記潤滑剤は、−２０℃における粘度が７０〜２００ｍＰａ・ｓで、かつ８０℃における粘度が２〜５ｍＰａ・ｓで、低温固化温度が−２０℃以下で、２０℃における体積抵抗率が１×１０¹¹Ω・ｃｍ以下である請求項１〜１１のいずれか１つに記載の流体軸受装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか１つに記載の流体軸受装置を備えたスピンドルモータ。
14. 請求項１３に記載のスピンドルモータを備えた情報装置。
    
    
    

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