JP2022104376A - 流体軸受用潤滑油、流体軸受、モータ及び送風機 - Google Patents

流体軸受用潤滑油、流体軸受、モータ及び送風機 Download PDF

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Abstract

【課題】揺動の発生を低減できる流体軸受潤滑油、およびそれを用いた流体軸受、モーターならびに送風機を提供する。【解決手段】流体軸受４の流体軸受用潤滑油５０において、エステル系オイルを主成分とする基油にポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤を添加した。【選択図】図１

Description

本発明は、流体軸受用潤滑油、流体軸受、モータ及び送風機に関する。
従来の流体軸受用潤滑油は、特許文献１に開示されている。この流体軸受用潤滑油は、流体軸受のシャフトとスリーブとの間に充填される。流体軸受は、モータの軸受として用いられる。モータの回転に伴って流体軸受用潤滑油に動圧が発生し、シャフトとスリーブとの接触が防止される。これにより、スリーブが、シャフトに対して円滑に回転する（例えば、特開２００６－９６８４９号公報参照）。
特開２００６－９６８４９号公報
しかしながら、上記従来の流体軸受用潤滑油によると、モータの小形化に伴って流体軸受が小形化、薄型化し、流体軸受の剛性が低下する。このため、スリーブに対してシャフトの揺動が発生する問題があった。
本発明は、揺動の発生を低減できる流体軸受用潤滑油及びそれを用いた流体軸受、モータ及び送風機を提供することを目的とする。
本発明の例示的な流体軸受用潤滑油は、流体軸受の流体軸受用潤滑油において、エステル系オイルを主成分とする基油にポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤を添加した。
例示的な本発明によれば、揺動の発生を低減できる流体軸受用潤滑油及びそれを用いた流体軸受、モータ及び送風機を提供することができる。
図１は、本発明の実施形態に係る送風機の縦断面図である。
以下、本発明の例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書では、モータの中心軸方向における上側を「上側」とし、下側を「下側」とする。なお、上下方向は、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。また、中心軸に平行な方向または略平行な方向を「軸方向」と呼び、中心軸を中心とする径方向を単に「径方向」とし、中心軸を中心とする周方向を「周方向」とする。
（１．送風機の全体構成）
本発明の例示的な実施形態の送風機について以下説明する。図１は第１実施形態に係る送風機１の縦断面図を示す。送風機１は、筐体２０、インペラ３０及びモータ１０を有し、インペラ３０及びモータ１０は、筐体２０の内部空間に収容される。
（２．モータの構成）
モータ１０は、インペラ３０の径方向内側に配置され、中心軸Ｃ周りにインペラ３０を回転させる。モータ１０は、静止部１１と回転部１２とを有する。静止部１１は、筐体２０に固定される。回転部１２は、流体軸受用潤滑油５０（以下、潤滑油と略す）を介して中心軸Ｃを中心に静止部１１に対して回転可能に支持される。また、静止部１１の一部と回転部１２の一部とにより流体軸受４が構成されている。
（２－１．静止部の構成）
静止部１１は、支持部材１１１と、スリーブ部１１２と、ステータコア１１３と、コイル１１４と、スラスト部材１１５と、を有する。
支持部材１１１は、ステータコア１１３を固定する。支持部材１１１は、軸方向に突出して略円筒状に形成され、中央部には中心軸Ｃに沿って支持貫通孔１１１ａが形成されている。支持部材１１１は、アルミニウム等の金属材料により形成され、筐体２０の底部に固定されている。なお、支持部材１１１と筐体２０とは別体であってもよく、単一の部材により一体に形成してもよい。
ステータコア１１３は、コアバック１１３ａとティース１１３ｂとを有する。コアバック１１３ａは、円環状であり、支持部材１１１の外周面に嵌着される。コアバック１１３ａは、例えば、軸方向に積層された複数の電磁鋼板からなる。ティース１１３ｂは、コアバック１１３ａから径方向外側に複数突出する。
コイル１１４は、各ティース１１３ｂの周囲に巻回された導線により形成されている。コイル１１４は、回路基板１１６を介してリード線１０１に接続されている。リード線１０１は、先端部にコネクタ１００が連結される。コネクタ１００は、電源装置（不図示）に接続されている。電源装置（不図示）からリード線１０１へ電源電圧が印加されると、ティース１１３ｂには径方向の磁束が発生する。
スリーブ部１１２は、軸方向に延びる略円筒状に形成され、中央部には中心軸Ｃに沿ってスリーブ貫通孔１１２ａが形成されている。スリーブ部１１２は、支持貫通孔１１１ａ内に配置され、例えば、接着剤を介して固定される。スリーブ貫通孔１１２ａには、後述する回転部１２のシャフト部１２１が配置される。
スラスト部材１１５は、シャフト部１２１よりも軸方向下側に配置され、スリーブ貫通孔１１２ａの下端部を閉塞する円板状の部材である。スラスト部材１１５は、スリーブ貫通孔１１２ａの下端部に、例えば、接着剤を介して接着固定される。
（２－２．回転部の構成）
回転部１２は、シャフト部１２１と、ロータハブ部１２２と、マグネット１２３と、を有する。
シャフト部１２１は、スリーブ貫通孔１１２ａの内部に配置される。シャフト部１２１は、例えば、ロータハブ部１２２と別部材で形成されている。なお、シャフト部１２１と、ロータハブ部１２２とは、単一の部材であってもよい。
シャフト部１２１は、シャフト本体部１２１ａと、シャフトフランジ部１２１ｂとを有し、縦断面視においてＴ字状に形成されている。シャフト本体部１２１ａは、中心軸Ｃに沿って柱状に延びる。シャフトフランジ部１２１ｂは、シャフト本体部１２１ａの下端部から径方向外側へ突出して環状に形成されている。
ロータハブ部１２２は、シャフト部１２１の周囲に円環状に拡がる。ロータハブ部１２２は、ハブ環状部１２２ａとハブ周壁部１２２ｂとを有する。ハブ環状部１２２ａとハブ周壁部１２２ｂとは、一体に形成されている。
ハブ環状部１２２ａは、中心軸Ｃ上にハブ貫通孔１２２ｃを有し、ハブ貫通孔１２２ｃにシャフト部１２１の上端部が圧入固定されている。ハブ環状部１２２ａは、ハブ貫通孔１２２ｃから径方向外側に延び、円板状に形成される。ハブ環状部１２２ａの径方向外端部は、ステータコア１１３よりも径方向外側に位置する。ハブ周壁部１２２ｂは、円筒状に形成され、ハブ環状部１２２ａの径方向外端部から軸方向下側に延びる。ハブ周壁部１２２ｂは、連結部３１を介してインペラ３０が固定される。
マグネット１２３は、円環状であり、ハブ周壁部１２２ｂの内周面に固定される。マグネット１２３の内周面は、ティース１１３ｂの径方向外側の端面と、間隙を介して径方向に対向する。マグネット１２３の内周面には、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に着磁される。なお、円環状のマグネット１２３に代えて、複数のマグネットを周方向に配列してもよい。
ハブ環状部１２２ａとスリーブ部１１２とは、微小間隙Ｓ１を介して軸方向に対向している。シャフト本体部１２１ａとスリーブ部１１２とは、微小間隙Ｓ２を介して径方向に対向している。シャフトフランジ部１２１ｂの上面とスリーブ部１１２の下面とは、微小間隙Ｓ３を介して軸方向に対向している。シャフトフランジ部１２１ｂとスラスト部材１１５とは、微小間隙Ｓ４を介して軸方向に対向している。微小間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４は、連通しており、微小間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４内に潤滑油５０が、充填されている。
モータ１０は、コイル１１４に駆動電流を供給すると、コイル１１４に磁束が生じる。そして、コイル１１４とマグネット１２３との間の磁束の作用により、静止部１１と回転部１２との間に周方向のトルクが発生する。これにより、静止部１１に対して回転部１２が、中心軸Ｃを中心として回転する。これにより、インペラ３０が、回転部１２とともに、中心軸Ｃを中心として回転する。
（３．流体軸受の構成）
流体軸受４は、シャフト部１２１、ハブ環状部１２２ａ、スリーブ部１１２、スラスト部材１１５及び潤滑油５０を備える。既述のように、シャフト部１２１及びハブ環状部１２２ａは、回転部１２の一部であり、スリーブ部１１２及びスラスト部材１１５は、静止部１１の一部である。
微小間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４を介して対向する面の少なくとも一方には動圧溝（不図示）が形成される。静止部１１に対して回転部１２が回転したときに、動圧溝は、ポンピング作用により微小間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４中に充填された潤滑油５０に流体動圧を誘起する。これにより、シャフト部１２１及びハブ環状部１２２ａは、スリーブ部１１２及びスラスト部材１１５と非接触で径方向及び軸方向に支持され、円滑に高速回転することができる。
（４．潤滑油の構成）
（４－１．基油の構成）
潤滑油５０は、エステル系オイルを主成分とする基油にポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤が添加されている。基油の主成分のエステル系オイルとして、例えば、モノエステル、ジエステル、トリエステル、ポリオールエステル、コンプレックスエステルが好適に使用される。エステル系オイルを主成分とする基油は、耐摩耗性、熱安定性、及び流動性に優れているため、流体軸受４の潤滑油５０として好適である。
ジエステルとして、例えば、オクチルアルコールとダイマー酸とのエステルが、好適に使用される。オクチルアルコールとダイマー酸とのエステルは、高温時における動粘度が高い。
ポリオールエステルは、多価アルコールと飽和脂肪酸とのエステル、又は多価アルコールと不飽和脂肪酸とのエステルである。ポリオールエステルとして、具体的には、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール、デカメチレングリコール、ペンタエリトリトール、ジペンタエリトリトール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等が挙げられる。
ポリオールエステルを形成する飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸の炭素数は、５以上２０以下が好ましい。飽和脂肪酸及び不飽和脂肪酸として、具体的には、ペンタン酸、カプロン酸、カプリル酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、エイコサン酸等が挙げられる。
コンプレックスエステルとして、例えば、ポリオールエステルを原料に多価脂肪酸を加え、ポリオールを架橋したオリゴマーエステルが挙げられる。
ポリオールエステル及びコンプレックスエステルは、高温用途で好適に使用することができる。また、ポリオールエステルの方が、コンプレックスエステルよりもコストが低い。ポリオールエステルは、エステル基の数が増えるに従って粘度が高くなり、蒸発し難くなる。このため、モノエステル、ジエステル、トリエステルの順に粘度が高くなり、トリエステルを主成分とする基油を使用した潤滑油５０は、モノエステル又はジエステルを主成分とする基油を使用した潤滑油５０よりも揺動の発生を低減できる。
また、潤滑油５０は、１種のエステル系オイルを主成分として使用してもよいし、異なる種類のエステル系オイルを混合したものを主成分として使用してもよい。また、主成分であるエステル系オイルに他の合成油（例えば、ポリ－α－オレフィン等）を１種又は２種以上混合したものを基油として使用してもよい。
（４－２．粘度指数向上剤の構成）
また、潤滑油５０は、エステル系オイルを主成分とする基油にポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤が添加されている。ポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤を添加することにより、基油に溶解したポリメタクリレートが、微小間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４内において緩衝材として機能する。これにより、シャフト部１２１とスリーブ部１１２との間で発生する揺動を低減できる。すなわち、揺動の発生を低減できる潤滑油５０を提供できる。
粘度指数向上剤が添加された潤滑油５０は、４０℃における動粘度が、１０ｍｍ２／Ｓ以上４５ｍｍ２／Ｓ以下である。４０℃における動粘度を１０ｍｍ２／Ｓ以上にすることにより、回転部１２を静止部１１に対して円滑に回転させることができる。さらに好ましくは、潤滑油５０は、４０℃における動粘度が、２０ｍｍ２／Ｓ以上である。４０℃における動粘度を２０ｍｍ２／Ｓ以上にすることにより、回転部１２を静止部１１に対してより円滑に回転させることができる。４０℃における動粘度を４５ｍｍ２／Ｓ以下にすることにより、潤滑油５０の流動性が向上し、粘性摩擦によるエネルギー損失を低減してモータ１０の消費電力を低減することができる。
粘度指数向上剤は、エステル系オイルを主成分とする基油に対して、２重量％以上１０重量％以下添加されている。基油に対して粘度指数向上剤を２重量％未満添加した場合、ポリメタクリレートの溶解量が少なく、緩衝材として機能が低下する。また、基油に対して粘度指数向上剤を１０重量％より多く添加した場合、添加したポリメタクリレートが、飽和し、基油に対して溶解し難くなる。
さらに、粘度指数向上剤は、エステル系オイルを主成分とする基油に対して、２重量％以上５重量％以下添加されていることがより好ましい。粘度指数向上剤を基油に対して５重量％以下添加することにより、潤滑油５０の流動性が低下して粘性摩擦によるエネルギー損失を低減することができる。
このとき、粘度指数向上剤は、分子量が３５００００以上５０００００以下のポリメタクリレートを含むことが好ましい。分子量が３５００００以上のポリメタクリレートは、緩衝材としての機能が高く、揺動の発生をより低減できる。また、分子量が５０００００より大きいポリメタクリレートは、せん断され易く、長期間の使用に対して緩衝材としての機能が低下し易い。また、粘度指数向上剤は、分子量が４２００００以下のポリメタクリレートを含むことがより好ましい。分子量が４２００００以下のポリメタクリレートは、よりせん断され難く、長期間の使用に対して緩衝材としての機能がより低下し難い。
（４－３．ポリメタクリレートの構成）
ポリメタクリレートは下記式（１）で表される。式（１）中、Ｒは直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基である。ｎは２以上の整数である。
Figure 2022104376000002
なお、Ｒは、炭素数１～２４の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましい。さらに、ポリメタクリレートの結晶化温度と基油への溶解性と粘度との関係から、Ｒは、炭素数１又は炭素数４の直鎖アルキル基又は炭素数１２～２４の分岐アルキル基がより好ましい。
ポリメタクリレートは、１種の構成単量体からなる共重合体でもよいし、２種類以上の構成単量体からなる共重合体でもよい。ポリメタクリレート重合体は、構成単位として他のラジカル重合性単量体を含有してもよい。
ラジカル重合性単量体としては、例えば、水酸基含有ビニル単量体、アミド基含有単量体、ニトロ基含有単量体、アミノ基含有単量体、ニトリル基含有単量体、リン原子含有単量体、脂肪族炭化水素系単量体、脂環式炭化水素系単量体、芳香族炭化水素系単量体、ビニルエステル単量体、ビニルケトン単量体、エポキシ基含有単量体、ハロゲン元素含有単量体、不飽和ポリカルボン酸のエステル単量体等が挙げられる。
アミノ基含有単量体は、式（１）において、Ｒが、アミノ基を含有するアルキル基である。アミノ基は、金属吸着基として機能する。すなわち、ポリメタクリレートは、アミノ基等の金属吸着基を有する。金属吸着基を有することにより、基油に溶解したポリメタクリレートが、微小間隙Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４内において、金属から成るシャフト部１２１又はスリーブ部１１２に吸着し易い。これにより、ポリメタクリレートの緩衝材としての機能が向上する。なお、式（１）において、Ｒが、アミノ基以外の金属吸着基としてカルボキシル基、水酸基を含有するアルキル基であっても同様の効果が得られる。
（４－３．その他の添加剤の構成）
また、潤滑油５０は、上述したエステル系オイルを主成分とする基油に、酸化防止剤及び加水分解防止剤がさらに添加されている。
酸化防止剤を基油にさらに添加することにより、潤滑油５０が酸化劣化することを低減できる。酸化防止剤として具体的には、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤等が挙げられる。その中でも、フェノール系酸化防止剤、アミン系酸化防止剤がより好ましい。また、異なる種類の酸化防止剤を複数添加してもよい。
加水分解防止剤を基油にさらに添加することにより、潤滑油５０が加水分解により劣化することを低減できる。加水分解防止剤として具体的には、カルボジイミド化合物が挙げられる。
なお、潤滑油５０には、上述した添加剤の他に、金属清浄剤、無灰分散剤、油性剤、摩耗防止剤、極圧剤、金属不活性剤、防錆剤、粘度指数向上剤、流動点降下剤、等の添加剤の少なくとも１種を適宜配合することも可能である。
次に本発明の効果について、実施例及び比較例を用いて具体的に説明する。以下の実験では、潤滑油５０の耐揺動性について評価を行った。
以下の実施例１、実施例２及び比較例１、比較例２に係る潤滑油は全て基油としてトリメチロールプロパンを用いた。
実施例１の潤滑油５０は、分子量が３５００００以上のポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤が２質量％添加されている。このとき、潤滑油５０は、４０℃における動粘度が、２７．８ｍｍ２／Ｓであり、酸化防止剤、加水分解防止剤が添加されている。粘度指数向上剤に含まれるポリメタクリレートは、金属吸着基としてアミノ基を有している。
実施例２の潤滑油５０は、分子量が３５００００以上のポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤が５質量％添加されている。このとき、潤滑油５０は、４０℃における動粘度が、４０．８ｍｍ２／Ｓであり、酸化防止剤、加水分解防止剤が添加されている。粘度指数向上剤に含まれるポリメタクリレートは、金属吸着基としてアミノ基を有している。
［比較例１］
比較例１の潤滑油５０は、ポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤が添加されていない。潤滑油５０は、４０℃における動粘度が、２０．４ｍｍ２／Sであり、酸化防止剤、加水分解防止剤が添加されている。粘度指数向上剤を除く基油、添加剤処方は実施例１、実施例２と同じである。
［比較例２］
比較例２の潤滑油５０は、分子量が２０００００以上３５００００未満のポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤が２質量％添加されている。このとき、潤滑油５０は、４０℃における動粘度が、２５．４ｍｍ２／Ｓであり、酸化防止剤、加水分解防止剤が添加されている。粘度指数向上剤に含まれるポリメタクリレートは、金属吸着基としてアミノ基を有していない。
［耐揺動性の評価］
実施例１、実施例２、比較例１、比較例２の潤滑油５０を流体軸受４にそれぞれ充填し、２０００ｒｐｍの回転数でインペラ３０を回転させた。インペラ３０を回転させた状態で、環境温度を上昇させ、中心軸Ｃと直交する２軸を中心に送風装置１をそれぞれ回転させて異音の発生の有無を確認した。
その結果、実施例１は、８０℃の温度環境において異音の発生が初めて確認された。また、実施例２は、６０℃の温度環境において異音の発生が初めて確認された。また、比較例１は、５５℃の温度環境において異音の発生が初めて確認された。また、比較例２は、５５℃の温度環境において異音の発生が初めて確認された。これにより、実施例１、実施例２の潤滑油５０は、耐揺動性に優れることが確認された。
（５．その他）
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、流体軸受４の種類は限定されず、コニカル型、スラスト型の流体軸受４を適用してもよい。
また、本実施形態では、軸回転型のアウターロータ型モータについて説明したが、本発明は、軸固定型のモータや、インナーロータ型モータにも適用することができる。
１ 送風機
４ 流体軸受
１０ モータ
１１ 静止部
１２ 回転部
２０ 筐体
３０ インペラ
３１ 連結部
５０ 潤滑油（流体軸受用潤滑油）
１００ コネクタ
１０１ リード線
１１１ 支持部材
１１１ａ 支持貫通孔
１１２ スリーブ部
１１２ａ スリーブ貫通孔
１１３ ステータコア
１１３ａ コアバック
１１３ｂ ティース
１１４ コイル
１１５ スラスト部材
１１６ 回路基板
１２１ シャフト部
１２１ａ シャフト本体部
１２１ｂ シャフトフランジ部
１２２ ロータハブ部
１２２ａ ハブ環状部
１２２ｂ ハブ周壁部
１２２ｃ ハブ貫通孔
１２３ マグネット
Ｃ 中心軸
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４ 微小間隙

Claims (16)

  1. 流体軸受の流体軸受用潤滑油において、
    エステル系オイルを主成分とする基油にポリメタクリレートを含む粘度指数向上剤を添加した、流体軸受用潤滑油。
  2. 前記基油は、モノエステルを主成分とする、請求項１に記載の流体軸受用潤滑油。
  3. 前記基油は、ジエステルを主成分とする、請求項１に記載の流体軸受用潤滑油。
  4. 前記基油は、トリエステルを主成分とする、請求項１に記載の流体軸受用潤滑油。
  5. 前記粘度指数向上剤は、分子量が３５００００以上のポリメタクリレートを含む、請求項１～請求項４のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油。
  6. 前記粘度指数向上剤は、分子量が５０００００以下のポリメタクリレートを含む、請求項１～請求項５のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油。
  7. 前記粘度指数向上剤は、金属吸着基を有するポリメタクリレートを含む、請求項１～請求項６のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油。
  8. 前記金属吸着基が、アミノ基である、請求項７に記載の流体軸受用潤滑油。
  9. 前記粘度指数向上剤は、前記基油に対して、２重量％以上１０重量％以下添加されている、請求項１～請求項８のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油。
  10. 前記粘度指数向上剤は、前記基油に対して、２重量％以上５重量％以下添加されている、請求項１～請求項８のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油。
  11. ４０℃における動粘度が、１０ｍｍ２／Ｓ以上４５ｍｍ２／Ｓ以下である、請求項１～請求項１０のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油。
  12. 前記基油に酸化防止剤をさらに添加した、請求項１～請求項１１のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油。
  13. 前記基油に加水分解防止剤をさらに添加した、請求項１～請求項１２のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油。
  14. 請求項１～請求項１３のいずれかに記載の流体軸受用潤滑油を封入したことを特徴とする流体軸受。
  15. 請求項１４に記載の流体軸受を備えたことを特徴とするモータ。
  16. 請求項１５に記載のモータを備えたことを特徴とする送風機。
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