JP2013043896A

JP2013043896A - 流体動圧軸受用潤滑油基油、該基油を含有する流体動圧軸受用潤滑油及び該潤滑油を備えたスピンドルモータ

Info

Publication number: JP2013043896A
Application number: JP2011180624A
Authority: JP
Inventors: Yuta Iwasaki; 雄太岩崎; Mitsuhiro Kakizaki; 充弘柿崎; Iwaki Hirooka; 岩樹廣岡; Daisuke Tsutsui; 大介筒井; Takayuki Oe; 貴之大江; Sayuri Tsuhata; 小百合津幡; Shoji Ikegami; 祥治池上; Yuji Hagiwara; 悠治萩原
Original assignee: Kyodo Yushi Co Ltd; Nidec Corp
Current assignee: Kyodo Yushi Co Ltd; Nidec Corp
Priority date: 2011-08-22
Filing date: 2011-08-22
Publication date: 2013-03-04
Also published as: WO2013027764A1

Abstract

【課題】高温域で流体動圧軸受が回転体の荷重を十分に支持できる粘度領域を満たし、かつ低温域での粘度上昇を抑制すること。
【解決手段】脂肪族二価アルコールと脂肪族モノカルボン酸のジエステルを含有する流体動圧軸受用潤滑油基油であって、
脂肪族二価アルコールが直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数９以上の二価アルコールであり、脂肪族モノカルボン酸が直鎖状の炭素原子数７以上の脂肪族モノカルボン酸であり、
前記基油の１００℃における動粘度が２．７０〜３．００mm²/sであり、及び
前記基油の粘度指数が１６０以上である、
前記流体動圧軸受用潤滑油基油。
【選択図】図１

Description

本発明は、幅広い温度範囲で使用しても粘度変化の少ない流体動圧軸受用潤滑油基油、該基油を含有する流体動圧軸受用潤滑油及び該潤滑油を備えたスピンドルモータに関する。

ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、ＤＶＤのモータの回転軸受には、ボールベアリングや流体動圧軸受が使用されている。
ボールベアリングは長時間使用すると軸受に対する負荷が大きくなり、振動、騒音が発生しやすい。一方、流体動圧軸受は、軸の回転によって潤滑油が流れることで圧力を発生させて回転を支持し、軸と軸受部が直接触れ合わないため、摩擦抵抗が小さく、低振動、低騒音にも優れる。従って、近年では流体動圧軸受が使用されることが多い。
流体動圧軸受は、モータの連続回転時など潤滑油が高温域にある場合、潤滑油が熱膨張してその粘度が低下すると軸受剛性が低下し、回転体の荷重を十分に支持できなくなる恐れがある。このため、使用する潤滑油には高温域での高い粘度が要求される。一方、モータの始動時など潤滑油が低温域にある場合、潤滑油の粘度が高いと回転時の粘性抵抗が大きくなり、モータの電力損失が大きくなる。このため、使用する潤滑油には低温域になっても粘度上昇が小さいことが要求される。従って、流体動圧軸受用潤滑油には、高温域では高い粘度で、低温域になっても粘度上昇しないという一見相反する粘度特性が要求される。
流体動圧軸受用潤滑油としては、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオールのジn−オクチル酸エステル等が報告されており、ポリ−α−オレフィン、ジオクチルセバケート、ネオペンチルグリコールとノナン酸とのエステルやペンタエリスリトールのエステル等と比べて、低温流動性に優れていることが報告されている（特許文献１）。
また、軸受用潤滑油として、３−メチル−１，５−ペンタンジオールとｎ−ヘプタン酸及び／又はｎ−オクタン酸のジエステル等が、広範囲の温度領域で低粘度であると報告されている（特許文献２）。

特開２００３−３２１６９１号公報特開２００３−１１９４８２号公報

近年、モータの電力損失を更に少なくする目的で、粘性抵抗の小さい流体動圧軸受用潤滑油が必要とされている。従来の流体動圧軸受用潤滑油は、温度に対する粘度変化が大きいため、高温域での粘度を高くすると、低温域での粘度も大きくなるためモータの電力損失が大きくなる。逆に低温域での粘度を低くすると、高温域での粘度も低くなるため回転体の荷重を十分に支持できなくなる。
従って、本発明が解決しようとする課題は、高温域で流体動圧軸受が回転体の荷重を十分に支持できる粘度領域を満たし、かつ低温域での粘度の上昇を抑制することである。
本発明の目的は、高温域で流体動圧軸受が回転体の荷重を十分に支持できる粘度領域を満たし、かつ低温域での粘度の上昇を抑制する流体動圧軸受用潤滑油基油を提供することである。
本発明の別の目的は、該基油を含有する潤滑油を提供することである。
本発明の更なる目的は、該潤滑油を備えたスピンドルモータを提供することである。

本発明者らはこの課題に対し、特定の脂肪族二価アルコールと特定の脂肪族モノカルボン酸とから構成され、１００℃における動粘度が２．７０〜３．００mm²/sであり、粘度指数が１６０以上であるジエステルにより、上記課題を解決した。
即ち、本発明により、以下の流体動圧軸受用潤滑油基油、該基油を含有する流体動圧軸受用潤滑油及び該潤滑油を備えたスピンドルモータを提供する：
１．脂肪族二価アルコールと脂肪族モノカルボン酸のジエステルを含有する流体動圧軸受用潤滑油基油であって、
脂肪族二価アルコールが直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数９以上の二価アルコールであり、脂肪族モノカルボン酸が直鎖状の炭素原子数７以上の脂肪族モノカルボン酸であり、
前記基油の１００℃における動粘度が２．７０〜３．００mm²/sであり、及び
前記基油の粘度指数が１６０以上である、
前記流体動圧軸受用潤滑油基油。
２．前記脂肪族二価アルコールが、１，９−ノナンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオール及びこれらの混合物からなる群から選ばれる前記１項記載の流体動圧軸受用潤滑油基油。
３．前記脂肪族モノカルボン酸がヘプタン酸である前記１又は２項記載の流体動圧軸受用潤滑油基油。
４．前記脂肪族二価アルコールが、１，９−ノナンジオールと２−メチル−１，８−オクタンジオールとの混合物であり、前記脂肪族モノカルボン酸がヘプタン酸である前記１〜３のいずれか１項記載の流体動圧軸受用潤滑油基油。
５．前記１〜４のいずれか１項記載の流体動圧軸受用潤滑油基油を含有する流体動圧軸受用潤滑油。
６．さらにアミン系酸化防止剤を０．０１〜５質量％及び、又はフェノール系酸化防止剤０．０１〜５質量％を含有する前記５項記載の流体動圧軸受用潤滑油。
７．さらに帯電防止剤を０．０１〜０．１質量％含有する前記５又は６項記載の流体動圧軸受用潤滑油。
８．ステータを有する静止部と、
ロータマグネットを有する回転部と、
静止部に対して回転部を回転自在に支持する流体動圧軸受と、
前記５〜７のいずれか１項に記載の流体動圧軸受用潤滑油と、
を備えたスピンドルモータ。

本発明によれば、高温域で流体動圧軸受が回転体の荷重を十分に支持できる粘度領域を満たし、かつ低温域での粘度の上昇を抑制できる。

スピンドルモータの構成を示す縦断面図である。

〔基油〕
本発明の流体動圧軸受用潤滑油基油は、脂肪族二価アルコールとモノカルボン酸とのジエステルを含有する。
脂肪族二価アルコールは、炭素原子数９以上の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族二価アルコールである。炭素原子数９〜１２の直鎖状又は分岐鎖状の二価アルコールが好ましい。炭素原子数９〜１２の直鎖状二価アルコールと、炭素原子数９〜１２の分岐鎖状二価アルコールとの混合物がより好ましい。脂肪族二価アルコールの具体例としては、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、２，２−ブチルエチル−１，３−プロパンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール等が挙げられる。中でも１，９−ノナンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオール、及びこれらの混合物が好ましい。特に、１，９−ノナンジオールと２−メチル−１，８−オクタンジオールとの混合物が好ましい。上記脂肪族二価アルコールは、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。
脂肪族モノカルボン酸は、炭素原子数７以上の直鎖状の脂肪族モノカルボン酸である。飽和脂肪族モノカルボン酸が好ましい。炭素原子数７〜１２の直鎖状飽和脂肪族モノカルボン酸がより好ましい。脂肪族モノカルボン酸の具体例としては、n−ヘプタン酸、ｎ−オクチル酸、ｎ−デカン酸、２−エチルヘキサン酸等が挙げられ、中でも、ｎ−ヘプタン酸が特に好ましい。脂肪族モノカルボン酸は単独または２種類以上混合して用いることができる。
とりわけ、１，９−ノナンジオールと２−メチル−１，８−オクタンジオールとの混合物と、ｎ−ヘプタン酸とから構成されるジエステルが好ましい。

本発明の流体動圧軸受用潤滑油基油は、その性能を低下させない範囲で、他の潤滑油基油、すなわち、鉱物油、ポリα−オレフィン、ポリブテン、アルキルベンゼン、動植物油、有機酸エステル、ポリアルキレングリコール、ポリビニールエーテル、ポリフェニルエーテル、アルキルフェニルエーテル、シリコーンからなる群から選ばれる１種又は２種以上を適宣併用することも可能である。併用するその他の基油の量は本発明の流体動圧軸受用潤滑油基油に対して０〜５０質量％が好ましく、低温性を損なわないためには本発明の流体動圧軸受用潤滑油基油に対して０〜２０質量％であることが好ましい。すなわち、本発明の基油が、炭素原子数９以上の直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族二価アルコールと、炭素原子数７以上の直鎖状脂肪族モノカルボン酸とのジエステルからなり、他の潤滑油基油を含まないのが最も好ましい。

脂肪族二価アルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステル化反応は、当業界において公知の方法により行うことができる。通常、１５０〜３００℃、好ましくは２００〜２５０℃で行われる。反応時間は、反応のスケール等により変わるため、特に限定されないが、好ましくは１〜１０時間である。圧力は常圧または減圧で実施するが、減圧の場合は通常０．１〜８０kPaである。脂肪族二価アルコールと脂肪族モノカルボン酸とのエステルはフルエステルであることが好ましい。エステル中に水酸基が残ると熱安定性が低下するので、モノエステルの生成を防止するように反応条件を選択する。このため、脂肪族二価アルコールと脂肪族モノカルボン酸との仕込みモル比は、好ましくは１．０：１．５〜３．０、さらに好ましくは１．０：１．８〜２．０とすることが望ましい。
エステル化反応においては触媒を使用しても良く、この場合の該触媒の使用量は、原料仕込み量の０．０１〜０．５質量％が好ましい。この場合の触媒としては、例えば、硫酸、ｐ−トルエンスルホン酸、スズ酸化物、アルキルチタネート等が挙げられる。

本発明の流体動圧軸受用潤滑油基油の１００℃における動粘度は、２．７０〜３．００mm²/s、好ましくは２．７０〜２．９０mm²/sである。潤滑油が熱膨張して２．７０mm²/s未満になると軸受剛性が低下し、回転体の荷重を十分に支持できなくなる恐れがある。
本発明の流体動圧軸受用潤滑油基油の粘度指数は、低温域での粘度上昇を抑制する観点から、１６０以上、好ましくは１６０〜１８０である。なお、粘度指数とは、温度変化に伴う潤滑油の粘度変化を示す実験的に求められる指数である。一般的に、粘度指数が大きい潤滑油ほど、温度変化に伴う粘度の変化が小さく、粘度指数が小さい潤滑油ほど、温度変化に伴う粘度の変化が大きい。
本発明の流体動圧軸受用潤滑油基油の流動点は、−２０℃以下であるのが好ましく、−２５℃以下であるのがより好ましい。

〔添加剤〕
本発明の基油は、潤滑油として使用することができる。本発明の潤滑油は、その性能を向上させるため、必要に応じて、酸化防止剤、帯電防止剤等を含ませることができる。
酸化防止剤としては、アミン系酸化防止剤及び、又はフェノール系酸化防止剤を組み合わせて添加する場合が好ましい。特に、アミン系酸化防止剤とフェノール系酸化防止剤を組み合わせて添加する場合が好ましい。アミン系酸化防止剤とフェノール系酸化防止剤を組み合わせて添加すると、単独で使用したした場合と比較して高温条件下で長期間にわたって優れた低揮発性を潤滑油に付与することができる。アミン系酸化防止剤の含有量は、流体動圧軸受用潤滑油に対して、好ましくは０．０１〜５質量％添加される。フェノール系酸化防止剤の含有量は、流体動圧軸受用潤滑油に対して、好ましくは０．０１〜５質量％添加される。
帯電防止剤は、流体動圧軸受用潤滑油に対して、好ましくは０．０１〜０．１質量％添加される。

以下、好適な実施形態につき、図面も参照して説明する。
図１は、スピンドルモータの構成を示す縦断面図である。スピンドルモータは、静止部２と、回転部４とを有している。回転部４は、本実施形態の流体動圧軸受３により、静止部２に対して回転自在に支持されている。なお、好適な実施形態の説明において、各部材の位置関係や方向を上下左右で説明するときは、あくまで図面における位置関係や方向を示し、実際の機器に組み込まれたときの位置関係や方向を示すものではない。
ベースプレート１０は、ベースプレート１０の中央に設けられた平坦部１１と、平坦部１１の中央に設けられたボス部１３と、を有する。ボス部１３と平坦部１１の外周部に設けられた環状段部１４との間は、環状の凹部となっている。平坦部１１に対して固定されたステータ１７と、後述するハブ３１に固定されたロータマグネット３４とは、環状の凹部内に配置される。ボス部１３の径方向外側には、ステータ１７が配置されている。

ボス部１３の径方向内側には、流体動圧軸受３の一部を構成する軸受静止部２０が配置されている。軸受静止部２０は、略円筒形状のスリーブ２１と、スリーブ２１の下端開口を閉塞するカウンタプレート２２と、を有している。
回転部４は、カップ状のハブ３１と、ハブ３１の回転中心位置に配置されたシャフト３２と、を有している。
ハブ３１の円板部３１ａの外側には、円筒部３１ｂが配置されている。円筒部３１ｂの下端には、径方向外側に延びるフランジ部３１ｃが配置されている。円筒部３１ｂの内側には、環状壁３１ｄが配置されている。
シャフト３２の外周面とスリーブ２１の内周面とは、微小隙間を介して径方向に対向している。
シャフト３２の下端には、環状部材３３が固定されている。環状部材３３の外径は、シャフト３２の外径より大きい。

ハブ３１の円筒部３１ｂの内側には、周方向に複数の磁極を配列してなる環状のロータマグネット３４が配置されている。ロータマグネット３４は、ステータ１７を外周から囲む位置に配置されている。
ハブ３１のフランジ部３１ｃには、一枚又は複数枚の、円板状の記録ディスクが載置される。本実施形態では、記録ディスクとして、ハードディスクが用いられる。
スリーブ２１およびカウンタープレート２２とシャフト３２および環状部材３３との間、及び、ハブ３１の円板部３１ａの下面とスリーブ２１の上端面との間には、それぞれ微小間隙が構成されている。微小間隙は、潤滑油４０で満たされている。
潤滑油４０は、環状壁３１ｄの内周面と該内周面と径方向に対向するスリーブ２１の外周面とで構成された毛細管シール部４１において外気と接している。毛細管シール部４１には、潤滑油４０におけるメニスカス状の気液界面が位置している。毛細管シール部４１は、上方に進むに従って間隙が縮小するテーパ形状を有する。

スリーブ２１の内周面とシャフト３２の外周面との間には、ヘリングボーン形状の動圧発生溝列を有する一対のラジアル動圧軸受４２，４３が構成されている。ラジアル動圧発生溝列は、スピンドルモータが所定の方向に回転する際に、シャフト３２を径方向に支持する支持力を発生する。また、スリーブ２１の上端面と円板部３１ａの下面との間には、スパイラル状のスラスト動圧発生溝列を有するスラスト動圧軸受部４４が構成されている。スラスト動圧溝列は、スピンドルモータが所定の方向に回転する際に、スラスト動圧発生溝列が配置されている領域よりも径方向内側における潤滑油の圧力を高める。また、ハブ３１を軸方向上方に向けて浮上させる支持力を生ずる。
なお、本実施形態では、シャフト３２が回転する軸回転型のスピンドルモータについて説明したが、これに限らない。たとえば、本発明は、シャフトが回転しない軸固定型のスピンドルモータにも好適に適用することができる。
また、本発明は、流体動圧軸受を用いた各種産業用モータに好適に適用することができる。

〔実施例１〕
攪拌機、温度計、窒素吹き込み管、及び冷却器付きの脱水管を取り付けた３Ｌの４つ口フラスコを用意し、２−メチル−１，８−オクタンジオール（１２１．８ｇ）（０．７６モル）と、１，９−ノナンジオール（５１９．２ｇ）（３．２４モル）と、ｎ−ヘプタン酸（１５６２．３ｇ）（１２モル）を仕込み、常圧で２００℃、８時間反応させた。減圧（０．４kＰa）下、過剰の脂肪酸を留去した後、２０％の水酸化ナトリウム水溶液（２００ｇ）（８０℃）で洗浄し、さらに１Ｌの水で４回水洗し、減圧下脱水（２１０℃以下、０．４kPa以下）を２時間行った。さらに上記の残留物から、０．４kPa減圧下、２３０〜２３５℃で目的のジエステルを得た。
〔比較例１〜８〕
表１に示した脂肪族二価アルコール及び脂肪族モノカルボン酸を使用したこと以外は実施例１と同様にして、比較例１〜８のジエステルを得た。なお、比較例２は、特許文献１に記載の実施例１に相当する。比較例６〜８は特開２００８−６９２３４号公報に記載の実施例１〜３に相当する。
〔実施例２〕
実施例２の潤滑油は、実施例１で調製した潤滑油基油に、アミン系酸化防止剤及び帯電防止剤を添加することにより調製した。
〔実施例３〕
実施例３の潤滑油は、実施例１で調製した潤滑油基油に、アミン系酸化防止剤と、フェノール系酸化防止剤と、帯電防止剤を添加することにより調製した。

＜試験方法＞
・動粘度及び粘度指数
１００℃及び４０℃における動粘度を、動粘度測定用精密恒温槽（離合社製、Cat.No.４０３ＤＳ）とウベローデ粘度計（粘度計番号：０Ｂ（１００℃）、１Ａ（４０℃））を用いて、ＪＩＳＫ２２８３３．：１９８３の規定に従って測定した。粘度指数は、測定した動粘度の数値からＪＩＳＫ２２８３４．：１９８３の規定に従って算出した。
・流動点
流動点は、流動点試験器（離合社製、Cat.No.520R・14L）を用いて、ＪＩＳＫ２２６９：１９８７の規定に従って測定した。

＜評価基準＞
・動粘度（１００℃）
× < ２．７０mm²/s
２．７０mm²/s ≦ ○ ≦ ３．００mm²/s
３．００mm²/s < ×
・粘度指数
１６０ ≦ ○
× < １６０

表中、添加剤の単位「％」は、上で得られたエステルと、アミン系酸化防止剤と、フェノール系酸化防止剤と、帯電防止剤との合計質量を基準とする。実施例１及び比較例１〜８は基油の動粘度及び粘度指数を、実施例２及び３は潤滑油の動粘度及び粘度指数を表す。
表１、表２から明らかなように、本発明の流体動圧軸受用潤滑油基油及び潤滑油は、高温域で流体動圧軸受が回転体の荷重を十分に支持できる粘度領域を満たし、かつ低温域での粘度上昇が小さい優れた粘度特性を示す。従って、本発明は、流体動圧軸受用潤滑油基油及び潤滑油として好適である。

２静止部
３流体動圧軸受
４回転部
１０ベースプレート
１１平坦部
１３ボス部
１４環状段部
１７ステータ
２０軸受静止部
２１スリーブ
２２カウンタプレート
３１ハブ
３１ａ円板部
３１ｂ円筒部
３１ｃフランジ部
３１ｄ環状壁
３２シャフト
３３環状部材
３４ロータマグネット
４０潤滑油
４１毛細管シール部
４２，４３ラジアル動圧軸受
４４スラスト動圧軸受部

Claims

脂肪族二価アルコールと脂肪族モノカルボン酸のジエステルを含有する流体動圧軸受用潤滑油基油であって、
脂肪族二価アルコールが直鎖状又は分岐鎖状の炭素原子数９以上の二価アルコールであり、脂肪族モノカルボン酸が直鎖状の炭素原子数７以上の脂肪族モノカルボン酸であり、
前記基油の１００℃における動粘度が２．７０〜３．００mm²/sであり、及び
前記基油の粘度指数が１６０以上である、
前記流体動圧軸受用潤滑油基油。
前記脂肪族二価アルコールが、１，９−ノナンジオール、２−メチル−１，８−オクタンジオール及びこれらの混合物からなる群から選ばれる請求項１記載の流体動圧軸受用潤滑油基油。
前記脂肪族モノカルボン酸がヘプタン酸である請求項１又は２記載の流体動圧軸受用潤滑油基油。
前記脂肪族二価アルコールが、１，９−ノナンジオールと２−メチル−１，８−オクタンジオールとの混合物であり、前記脂肪族モノカルボン酸がヘプタン酸である請求項１〜３のいずれか１項記載の流体動圧軸受用潤滑油基油。
請求項１〜４のいずれか１項記載の流体動圧軸受用潤滑油基油を含有する流体動圧軸受用潤滑油。
さらにアミン系酸化防止剤０．０１〜５質量％及び、又はフェノール系酸化防止剤０．０１〜５質量％を含有する請求項５記載の流体動圧軸受用潤滑油。
さらに帯電防止剤を０．０１〜０．１質量％含有する請求項５又は６記載の流体動圧軸受用潤滑油。
ステータを有する静止部と、
ロータマグネットを有する回転部と、
静止部に対して回転部を回転自在に支持する流体動圧軸受と、
請求項５〜７のいずれか１項に記載の流体動圧軸受用潤滑油と、
を備えたスピンドルモータ。