JP4347010B2 - Hydrodynamic bearing device - Google Patents
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Description
本発明は、磁気ディスク装置における磁気ディスク駆動用スピンドルモータやポリゴンミラー回転駆動装置が用いられている高速デジタル複写機、レーザープリンタ、ビデオテープレコーダーの回転磁気ヘッド装置等に用いられている軸受部材と軸部材との隙間に充填する潤滑剤を圧力発生流体として利用する流体軸受装置に関するものであり、特に、摩耗防止剤により発生する腐食を防止するものである。 The present invention relates to a bearing member used in a high-speed digital copying machine, a laser printer, a rotating magnetic head device of a video tape recorder, etc. in which a magnetic disk drive spindle motor or polygon mirror rotary drive device is used. The present invention relates to a hydrodynamic bearing device that uses a lubricant filled in a gap with a shaft member as a pressure generating fluid, and in particular, prevents corrosion generated by an antiwear agent.
従来、流体軸受装置は、軸受部材と軸部材との隙間に潤滑用の流体を充填するとともに、前記軸受部材の内周面と軸部材の外周面の少なくとも一方に前記流体の圧力を高める動圧発生溝を形成していて、それにより軸受部材または軸部材の回転時に動圧発生溝で圧力上昇を生じさせ、両部材を非接触状態に維持するようにしている。これらの流体軸受装置に用いられている潤滑剤は基油として、鉱物油やポリ−α−オレフィン油、エステル油、シリコーン油、フッ素系油等の合成油が用いられている。 Conventionally, a hydrodynamic bearing device fills a gap between a bearing member and a shaft member with a lubricating fluid and increases dynamic pressure on at least one of the inner peripheral surface of the bearing member and the outer peripheral surface of the shaft member. A generation groove is formed, whereby a pressure increase is generated in the dynamic pressure generation groove when the bearing member or the shaft member is rotated, and both members are maintained in a non-contact state. The lubricants used in these hydrodynamic bearing devices use synthetic oils such as mineral oils, poly-α-olefin oils, ester oils, silicone oils, and fluorine oils as base oils.
流体軸受装置の動圧発生流体に前記基油のうち炭化水素系基油を用いた場合、他の工業用潤滑剤と同様に各種添加剤を加えることは公知(例えば、特許文献1参照。)であり、その添加量も文献記載の範囲であった。(例えば、非特許文献1参照。)
軸受部材と軸部材の相対運動により動圧発生溝で圧力上昇を生じさせ、両部材を非接触状態に維持するようにしている動圧型流体軸受装置は停止時には接触状態にあり、起動時には摩擦するため、潤滑剤には摩耗防止剤を添加していたが摩耗防止剤にはその性能発現機構上、腐食性を持つものが多く、添加量によっては腐食摩耗紛の発生が認められる。さらに動圧型流体軸受装置は停止時には接触状態にあること、起動時に摩擦することは周知であり、軸受が定常状態に至るまで側圧等、負荷をかけないのは常識であるが、詳細な検討をされることなく公知の各種添加剤を常識的範囲で添加していた。(例えば、特許文献2参照。)
The hydrodynamic bearing device that generates pressure in the dynamic pressure generating groove due to the relative movement of the bearing member and the shaft member and maintains both members in a non-contact state is in a contact state when stopped, and rubs when activated. Therefore, an anti-wear agent has been added to the lubricant, but many anti-wear agents are corrosive due to their performance mechanism, and depending on the amount of addition, the generation of corrosive wear powder is observed. Furthermore, it is well known that the hydrodynamic bearing device is in contact when it is stopped and rubs when it is started, and it is common knowledge that a load such as a side pressure is not applied until the bearing reaches a steady state. However, various known additives were added within a common sense range. (For example, see
解決しようとする問題点は、上記のような各種添加剤のうち摩耗防止剤を大量に添加することによる副作用として、軸受内に腐食摩耗粉を発生させ潤滑剤の劣化を生じていたことである。 The problem to be solved is that, as a side effect of adding a large amount of the anti-wear agent among the various additives as described above, corrosive wear powder is generated in the bearing and the lubricant is deteriorated. .
本発明は上記問題を解決するもので、軸受内の摩耗を防止しつつ、軸受内の腐食摩耗紛の発生を抑え、信頼性の高い流体軸受装置を提供することを目的とするものである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a highly reliable fluid dynamic bearing device that suppresses the occurrence of corrosion wear powder in the bearing while preventing wear in the bearing.
上記の問題点を解決するために、本発明の流体軸受装置は、軸受部材と軸部材の少なくとも一方の対向面に動圧発生溝を形成し、前記動圧発生溝が開口した軸受部材と軸部材との隙間に潤滑剤を充填した流体軸受装置において、その潤滑剤は、ジチオリン酸亜鉛または、トリオクチルホスフェートのいずれかの添加量が0.1重量部から0.01重量部であり、基油としてジオクチルセバシン酸ジエステルを用い、腐食摩耗を抑制するものである。
In order to solve the above problems, the hydrodynamic bearing device of the present invention includes a bearing member and a shaft in which a dynamic pressure generating groove is formed on at least one facing surface of the bearing member and the shaft member, and the dynamic pressure generating groove is opened. In a hydrodynamic bearing device in which a lubricant is filled in a gap with a member, the lubricant has an addition amount of either zinc dithiophosphate or trioctyl phosphate of 0.1 parts by weight to 0.01 parts by weight. Dioctyl sebacic acid diester is used as oil to suppress corrosion wear.
また、必要に応じて酸化防止剤、防錆剤等の公知の各種添加剤を配合することもできる
。
Moreover, well-known various additives, such as antioxidant and a rust preventive agent, can also be mix | blended as needed.
本発明の流体軸受装置によれば、シャフトと軸受スリーブに挟まれた潤滑剤が腐食摩耗紛を発生することなく、軸受内の摩耗を防止し信頼性の高い流体軸受装置を実現できる。 According to the hydrodynamic bearing device of the present invention, the lubricant sandwiched between the shaft and the bearing sleeve does not generate corrosive wear powder, so that wear in the bearing can be prevented and a highly reliable hydrodynamic bearing device can be realized.
また、本発明の流体軸受装置を用いることにより信頼性の高い磁気ディスク回転装置を提供することができる。 Further, a highly reliable magnetic disk rotating device can be provided by using the hydrodynamic bearing device of the present invention.
以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1はハードディスクドライブに使用される流体軸受装置の一例を示し、潤滑剤10以外は従来の流体軸受装置と同様の構成を有しており、外周面に動圧発生溝4a,動圧発生溝4bが形成されたシャフト2の一端がベース1に圧入され、他端にはスラスト受3が固定されて軸部が形成されている。磁気ディスク等を取り付ける為のハブ6の内周面には軸受スリーブ5が圧入されており、この軸受スリーブ5の一端にスラスト板11が取り付けられて軸受体が形成されている。そして、スラスト板11とスラスト受3とが対向するようにシャフト2に軸受スリーブ5が装着され、軸部と軸受体との間隙に潤滑剤10が充填される。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows an example of a hydrodynamic bearing device used in a hard disk drive, which has the same configuration as that of a conventional hydrodynamic bearing device except for a
ベース1に形成された外壁1aにはステータコイル9が設けられ、ステータコイル9と対向するハブ6の内周面にはロータヨーク8を介してロータマグネット7が取り付けられて、モータ駆動部が構成される。
A stator coil 9 is provided on the
このモータ駆動部により軸受スリーブ5およびハブ6が回転駆動すると、シャフト2に形成された動圧発生溝4a、動圧発生溝4bのポンピング作用により潤滑剤10に動圧が発生し、軸受体が軸部から浮上して、軸部と軸受体とが非接触で回転自在に支持される。
When the bearing sleeve 5 and the hub 6 are rotationally driven by the motor driving portion, dynamic pressure is generated in the
なお、動圧発生溝4a、動圧発生溝4bは、シャフト2の外周面と軸受スリーブ5の内周面の一方、もしくは両方に形成するようにしてもよく、また、スラスト動圧発生溝を、スラスト受3とスラスト板11の対向面の一方あるいは両方に形成するようにしてもよい。また、ラジアル側およびスラスト側の動圧発生溝とも、対向面間の隙間で潤滑剤10の圧力が上昇する形状であればよく、屈折部を持たせたり、溝部の深さを変えるなど、種々可能である。また、軸部が回転し、軸受スリーブ5が固定される流体軸受装置であってもよい。
The dynamic
ここで、本発明の流体軸受装置の特徴は潤滑剤10にあるので、以下摩耗防止剤の一例を挙げて説明する。
Here, since the characteristic of the hydrodynamic bearing device of the present invention resides in the
本発明の流体軸受装置は定常運転状態では非接触で保持されるが、起動時には摩擦するため、潤滑剤には、チオリン酸亜鉛、有機モリブデン化合物、トリクレジルホスフェート、トリアルキルホスフェートなどのリン酸エステル摩耗防止剤を添加している。回転部位と固定部位の間の潤滑剤10に添加する摩耗防止剤の添加量を0.1重量部から0.01重量部(好ましくは0.05重量部から0.01重量部)とすることにより軸受内の摩耗を防止しつつ、軸受内の腐食摩耗紛の発生を抑え、信頼性の高い流体軸受装置を提供することが出来る。
The hydrodynamic bearing device of the present invention is held in a non-contact state in a steady operation state, but rubs at the time of starting. Therefore, the lubricant includes phosphoric acid such as zinc thiophosphate, organomolybdenum compound, tricresyl phosphate, and trialkyl phosphate. An ester wear inhibitor is added. The amount of the anti-wear agent added to the
(実施の形態2)
次に、本発明の磁気記録用ディスク回転装置の一例について説明する。図2において、軸回転型の流体軸受を組み込んだ磁気ディスク回転装置は、3枚の磁気ディスク33はスペーサ32を間に挟んだ状態でハブ30に積層され、クランプ31で固定されている。ハブ30の内周側にはロータマグネット29が設けられており、固定側に設けられているステータコイル28との間でモータを形成し、磁気ディスク33やハブ30等の回転部を高速で回転駆動する。
(Embodiment 2)
Next, an example of the magnetic recording disk rotating device of the present invention will be described. In FIG. 2, in a magnetic disk rotating apparatus incorporating a shaft-rotating type fluid bearing, three
ステータコイル28は軸受スリーブ22の外周に設けられており、軸受スリーブ22はアースにつながるベース27に固定されている。ハブ30にはシャフト21が圧入されており、シャフト21は軸受スリーブ22に挿入され、スラスト受23を取り付ける。軸受スリーブ22のベース27側の開口部にスラスト板24を固定する。
The
シャフト21と軸受スリーブ22間、スラスト受23と軸受スリーブ22間およびスラスト受23とスラスト板24間のスラスト隙間およびラジアル隙間には導電性付与剤としてリチウム塩を添加した潤滑剤26を充填している。シャフト21と軸受スリーブ22、スラスト受23とスラスト板24がそれぞれ対向する面の少なくとも一方には動圧発生溝を設けており、回転に伴って生じる動圧によってシャフト21は浮上する。
A thrust gap and a radial gap between the
以上の構成において、磁気ディスク33ならびにスペーサ32やクランプ31もアンバランスが生じにくい円筒形状であり、起動時には摩擦するが定常運転時には接触することがないため回転部位と固定部位の間の潤滑剤10に添加する摩耗防止剤の添加量を0.1重量部から0.01重量部(好ましくは0.05重量部から0.01重量部)とすることにより軸受内の摩耗を防止しつつ、軸受内の腐食摩耗紛の発生を抑えることができる。
In the above configuration, the
また、軸受スリーブ回転型においても起動時には摩擦するが定常運転時には接触することがないため回転部位と固定部位の間の潤滑剤10に添加する摩耗防止剤の添加量を同様に0.1重量部から0.01重量部(好ましくは0.05重量部から0.01重量)とすることにより軸受内の摩耗を防止しつつ、軸受内の腐食摩耗紛の発生を抑えることができる。
In addition, in the bearing sleeve rotating type, friction occurs at the time of startup but does not come into contact during steady operation, so the amount of the anti-wear agent added to the
本発明の流体軸受装置と従来の流体軸受装置とを、実施の形態2で説明した磁気記録用ディスク回転装置に組み込んで、10,000回の間欠試験を行い、試験後の潤滑油を回収しフェログラフィー分析装置により、摩耗粉量と腐食摩耗粉の発生状況を確認した。その結果を表1に示している。 The hydrodynamic bearing device of the present invention and the conventional hydrodynamic bearing device are incorporated in the magnetic recording disk rotating device described in the second embodiment, an intermittent test is performed 10,000 times, and the lubricating oil after the test is recovered. The amount of wear powder and the state of occurrence of corrosive wear powder were confirmed by a ferrography analyzer. The results are shown in Table 1.
潤滑油としての試料Aは、基油としてのジオクチルセバシン酸ジエステルを100重量部に対して、酸化防止剤としてペンタエリスチル−テトラキス[3−(3,5−ジ−tブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]を0.5重量部と、腐食防止剤としてメチル−ベンゾトリアゾールを0.1重量部とを加えた物であり、摩耗防止剤を添加していない。 Sample A as a lubricating oil was prepared by using 100 parts by weight of dioctyl sebacic acid diester as a base oil and pentaerythryl-tetrakis [3- (3,5-di-tbutyl-4-hydroxyphenyl) as an antioxidant. ) Propionate] and 0.5 parts by weight of methyl-benzotriazole as a corrosion inhibitor and no antiwear agent added.
表1に示す試料Bから試料Iは、上記の試料Aを100重量部として、さらに表1に示す摩耗防止剤を表示の添加量(重量部)を加えた物で、摩耗防止剤を添加量の少ない順に並べたものである。また、表1における摩耗粉量の評価は、回収した油から検出出来た金属摩耗粉、ならびに分解後のシャフト21ならびに軸受スリーブ22の摩耗痕等も考慮し、良好な物を○、激しい摩耗のある物を×、その中間を△として評価した。同様に腐食摩耗粉の評価についても良好な物を○、著しい発生が有る物を×、その中間を△として評価した。
Samples B to I shown in Table 1 are obtained by adding 100 parts by weight of the above sample A and further adding the indicated addition amount (parts by weight) of the antiwear agent shown in Table 1. They are arranged in ascending order. In addition, in the evaluation of the amount of wear powder in Table 1, the metal wear powder detected from the recovered oil and the wear marks of the
表1からも判るように摩耗防止剤を添加しない試料A、および試料Aに摩耗防止剤を0.2重量部添加した資料Gから資料Iに、摩耗粉量または腐食摩耗粉の評価で×が見られ、0.01重量部から0.1重量部の範囲は評価が○あるいは△となっている。また、一般的に腐食性が低いとされているステアリン酸を0.2重量部添加した試料Iでも評価が×となっており、0.2重量部は過剰な添加量といえる。 As can be seen from Table 1, Sample A to which no antiwear agent is added, and Sample G to Sample I in which 0.2 part by weight of the antiwear agent is added to Sample A, are evaluated in terms of the amount of wear powder or corrosion wear powder. As can be seen, the range from 0.01 parts by weight to 0.1 parts by weight is evaluated as ◯ or Δ. Moreover, evaluation is x also in the sample I which added 0.2 weight part of stearic acid generally considered to be low corrosivity, and it can be said that 0.2 weight part is an excessive addition amount.
なお、基油としてジオクチルセバシン酸ジエステル以外を用いても問題はないが、粘度が変化すると起動時、停止時の摩擦時間が変化するため、添加剤の影響を比較することが困難となる。このため本実施例では基油を特定したが本発明を限定するものではない。また、酸化防止剤と腐食防止剤を上記した物質を用いたがこれも本発明を限定するものではない。 In addition, there is no problem if other than dioctyl sebacic acid diester is used as the base oil, but when the viscosity changes, the friction time at start and stop changes, so it becomes difficult to compare the effects of the additives. For this reason, although the base oil was specified in the present Example, this invention is not limited. Moreover, although the above-mentioned substances were used for the antioxidant and the corrosion inhibitor, this does not limit the present invention.
このように本発明の流体軸受装置は、従来例のように軸受内を腐食することなく、摩擦による摩耗を抑えることができる。 Thus, the hydrodynamic bearing device of the present invention can suppress wear due to friction without corroding the inside of the bearing as in the conventional example.
本発明の流体軸受装置は磁気記録装置など、定常回転時の偏心や側圧がない精密軸受の信頼性向上に有用である。 The hydrodynamic bearing device of the present invention is useful for improving the reliability of precision bearings such as magnetic recording devices that do not have eccentricity or side pressure during steady rotation.
1 ベース
2 シャフト
3 スラスト受
4a、4b 動圧発生溝
5 軸受スリーブ
6 ハブ
7 ロータマグネット
8 ロータヨーク
9 ステータコイル
10、26 潤滑剤
11 スラスト板
31 クランプ
32 スペーサ
33 磁気ディスク
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