JP7221470B1 - 転がり軸受、ピボットアッシー軸受、およびディスク駆動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えばスイングアームに組み込まれる転がり軸受として、低アウトガス性の芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤として脂環族炭化水素基及び脂肪族炭化水素基の少なくとも1種を骨格中に有するジウレア化合物を配合してなるグリースを封入した転がり軸受の提案がある(特許文献1)。
これまでにも、アウトガス量の少ない芳香族エステル基油を用いることで、HDDの読み書きエラー防止を図った検討がなされている(特許文献1参照)ものの、近年のHDDの記録情報の大容量化と高密度化、及び処理速度の高速化に伴い、磁気ヘッドと磁気ディスク間の距離は数nm程度にまで狭まっており、グリースの発塵や揮発、そしてそれに伴う付着がもたらし得る不具合への懸念が高まっている。
前記グリース組成物は、基油と、増ちょう剤とを含み、
前記増ちょう剤が、式(1)で表されるジウレア化合物からなるウレア系増ちょう剤を含み、
R1-NHCONH-R2-HNOCHN-R3 ・・・式(1)
(式(1)中、R1およびR3は一価の脂環式炭化水素基または一価の脂肪族炭化水素基であって、脂環式炭化水素基:脂肪族炭化水素基がモル比で6:4~8:2であり、
R2は二価の芳香族炭化水素基を表す。)
前記グリース組成物は、
膜厚1mmでせん断歪み1%の条件で測定した25℃における貯蔵弾性率が1,200~3,000Paであり、
25℃における離油量が200~270mm2/mgであることを特徴とする、
転がり軸受に関する。
また本発明は、前記転がり軸受を備えたピボットアッシー軸受装置に関する。
更に本発明は、前記ピボットアッシー軸受装置を備えた、ディスク駆動装置に関する。
以下具体的に説明する。
まず以下に添付図面を参照して、本発明に係る転がり軸受の好ましい実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。
内輪11は、図示を省略するシャフトの外周側に、その中心軸と同軸に設置される円筒形の構造体である。外輪12は、内輪11の外周側で、内輪11と同軸に配置される円筒形の構造体である。複数の転動体13の各々は、内輪11と外輪12との間に形成される環状の軸受空間16内の軌道に配置された玉である。すなわち、本実施形態における転がり軸受10は玉軸受である。
保持器14は、軌道内に配置されて複数の転動体13を保持する。保持器14は、シャフトの中心軸と同軸に設置される環状体であり、中心軸の方向における一方の側に、転動体13を保持するための複数のポケット部を備え、各ポケット部内に転動体13が収容された構造を有する。転動体13は、保持器14により、内輪11及び外輪12の周方向に所定の間隔で保持され、転動体13の脱落や隣接する転動体13間の接触が抑制される。なお、保持器14の形状(冠形や波形等)や材質(鋼板製あるいは樹脂製等)は任意であるが、本発明に係る転がり軸受では、発塵抑制の観点から、グリースポケットを有する保持器(冠形等)が好ましい。冠形の保持器の一例を図4に示す。図4に示すように、冠形の保持器60は、転がり軸受10(図示せず)の中心軸(回転軸)を中心とする円筒形の環状部材61を有する。環状部材61は外周面及び内周面と、外周面及び外周面を連結する2つの端面61aを有する。環状部材61の一方の端面61aには、玉(転動体13、図示せず)を回転可能に収容する複数のボールポケット(凹部)62が、周方向に沿って所定間隔で形成される。更に、環状部材60は、各ボールポケット62の両端部に、上記一方の端面61aから延びる一対の爪63(63a、63b)を備える。一対の爪63は、各ボールポケット62に収容される玉の曲面に沿うように、互いに近づくように湾曲しており、これにより、各ボールポケット62に収容される玉の脱落を防止することができる。また2つのボールポケット62の間には、爪63の存在によりグリースポケット64が形成される。後述するグリース組成物G(図示せず)は該グリースポケット64に収容され、ボールポケット62とそこに収容される玉(転動体13)との間の潤滑に寄与する。
シール部材15は、外輪12の内周面に固定されて内輪11側に延在し、軸受空間16を密封する。シール部材15により密封された軸受空間16には、グリース組成物Gが封入されている。すなわちグリース組成物Gは、内輪11と外輪12との間に保持される。該グリース組成物Gは、後述するグリース組成物が用いられる。なお、軸受空間16内部へのグリース組成物Gの封入量は、例えばその容積の2%~30%である。特に低トルクが要求される後述するピボットアッシー軸受装置においては3%~10%がより好ましい。グリース組成物Gの封入量をこの範囲とすることで、グリース組成物Gは、転がり軸受10の軸受空間16内の転動体13と内輪11及び外輪12を十分に潤滑して摩擦抵抗を低減し、摩擦トルクを軽減できる。
シール部材15は、例えば鋼板又はゴムにより形成され、内輪11の外周と非接触である鋼板シールド、内輪11の外周と非接触である非接触式ゴムシールが挙げられる。本発明にあっては前記鋼板シールド又は非接触式ゴムシールの何れのシール部材でも使用することができる。アウトガス抑制の観点では、鋼板シールドを使用することが好ましい。なお本図はシール部材15を具備する態様であるが、本発明の転がり軸受はシール部材を具備しない転がり軸受の態様も対象とする。
以上の構成を有する転がり軸受10において、グリース組成物Gは、転動体13と保持器14との間、および、転動体13と内輪11ないし外輪12との間における摩擦を低減するように作用する。摩擦の低減により摩擦トルクが軽減されると共に摩擦熱の発生も抑制され、内輪11及び外輪12の円滑な回転が促進される。図1に示される構成から解るように、転がり軸受10に封入されたグリース組成物Gは、転がり軸受10が回転する際に、転動体13と内輪11ないし外輪12との間を潤滑する。
なお本実施形態の転がり軸受10は、ピボットアッシー軸受装置に用いるのに好適であるが、用途はこれに限られず、例えば、自動車、家電機器、情報機器等に用いられる小型モータ(例えば、ブラシレスモータ、ステッピングモータ、ファンモータ)の転がり軸受として使用することができる。
以下に添付図面を参照して、前述の実施形態の転がり軸受を備えたピボットアッシー軸受装置、及び該ピボットアッシー軸受装置を備えたディスク駆動装置について説明する。なお、以下の実施形態により本発明が限定されるものではない。
図2に示すように、本実施形態であるディスク駆動装置20は、略矩形箱状の基台(ベースプレート)21と、この基台21に載置されたスピンドルモータ22と、このスピンドルモータ22により回転する磁気ディスク23と、磁気ディスク23の所定の位置に情報を書き込むと共に、任意の位置から情報を読み出す磁気ヘッド25を有するスイングアーム24と、スイングアーム24を揺動可能に支持するピボットアッシー軸受装置30と、スイングアーム24を駆動するアクチュエータ26と、これらの機器を制御する制御部27を備える。
本実施形態のピボットアッシー軸受装置30は、シャフト(軸)31と、所定長さのスペースSを空けてシャフト31に嵌装される2つの転がり軸受である第1の軸受40及び第2の軸受50と、2つの転がり軸受40、50を外装するスリーブ32(外周部材)とから主に構成される。スリーブ32には、軸方向に所定長さのスペースSを空けて2つの転がり軸受40、50を配置するために設けられたスペーサ部32aを有する。
このようにシャフト31は、第1の軸受40と第2の軸受50により、回転自在な状態で保持されている。
なおスペーサ部32aは、図3に示す実施形態のようにスリーブ32と一体成形されたものに限定されず、スリーブとスペーサとを別々の部品にて構成してもよい。
第1の軸受40は、第1の内輪41と、第1の外輪42と、第1の内輪41と第1の外輪42との間に形成される軌道内に配置される複数の転動体であるボール43と、軌道内に配置されてボール43を保持する保持器(リテーナ)44と、軌道を外界から遮断するシール部材45と、軌道内に封入される本発明で使用するグリース組成物(不図示)から主に構成される。
第2の軸受50も同様に、第2の内輪51と、第2の外輪52と、第2の内輪51と第2の外輪52との間に形成される軌道内に配置される複数の転動体であるボール53と、軌道内に配置されてボール53を保持する保持器(リテーナ)54と、軌道を外界から遮断するシール部材55と、軌道内に封入される本発明で使用するグリース組成物(不図示)から主に構成される。
シャフト31は、筒状のシャフト本体31aと、シャフト本体31aの一端側に形成されたフランジ部31bを有し、フランジ部31bをディスク駆動装置20の基台21(図2参照)側に位置させて基台21に取り付けられる。第2の軸受の第2の内輪51の一端部は、シャフトのフランジ部31bに接している。
一般的な転がり軸受は一方向に連続的に回転するが、ピボットアッシー軸受装置30は、ディスク駆動装置20の磁気ヘッド25を磁気ディスク23上で移動させるため、微小角度で正転と逆転を繰り返す揺動運動を高速で行う。そして、高い応答速度で磁気ヘッド25を正確な位置に移動させる必要がある。
また本実施形態で用いるグリース組成物は、高温下において基油の揮発が生じた場合においても、揮発した基油の磁気ディスク等への付着が少なく、ディスク駆動装置の読み書きエラーの抑制を可能とすることができる。
本発明者らは、軸受に封入されたグリースが転がり軸受の転動溝に巻き込まれた際に生ずるとされる発塵に対して、転がり軸受に封入されたグリースの形状に着目した。そしてグリース形状が維持されることで、転動溝へのグリース本体の移動を抑制し、転動溝から生じ得るグリースの発塵を抑制するための構成として、特定のウレア系増ちょう剤の採用に至った。
さらに本発明者らは、発塵が生じた場合においても、またグリースの構成成分が揮発した場合においても、これら成分がディスク等に付着しづらい(付着したとしても留まらない)という新たな発想に基づき、構成成分の検討を進めた。そして、アルキル鎖長が一定以上の長さを有する芳香族エステル化合物を基油として採用したところ、上記の発想を実現するグリース組成物が得られることを見出した。
以下、本発明の転がり軸受に封入されるグリース組成物について説明する。
本実施形態に係る転がり軸受に封入されるグリース組成物において、芳香族エステル系基油を使用する。
上記構造を有する芳香族エステル化合物を基油として採用することにより、該基油が高温下に晒され揮発した場合においても、磁気ディスク等の表面に揮発した基油が付着し難いという特性を有するグリース組成物が得られる。
上記芳香環としては、ベンゼン環やナフタレン環が挙げられ、中でもベンゼン環を挙げることができる。
上記芳香環上のアルキルエステル基の置換数は特に限定されず、1以上3個程度のアルキルエステル置換された化合物を挙げることができる。また芳香族エステル化合物が2個以上のアルキルエステル基で置換されている化合物である場合、該アルキルエステル基は同一であっても異なっていてもよい。なお芳香族エステル化合物が2個以上のアルキルエステル基で置換されている化合物である場合、少なくとも1個が炭素原子数8以上のアルキルエステル基であり、全てのアルキルエステル基が炭素原子数8以上のアルキルエステル基(ここでの炭素原子数はアルキル基部分の炭素原子数を指す)であることが好ましい(後述する直鎖状、分岐状アルキル基の例示においても同様であり、芳香族エステル化合物が2個以上のアルキルエステル基を有する場合、少なくとも1個のアルキルエステル基におけるアルキル基が例示された基を有し、好ましくは全てのアルキルエステル基におけるアルキル基が例示された基を有する)。
また、総炭素原子数8以上の分岐状アルキル基は、総炭素原子数が9以上16以下、また例えば総炭素原子数11以上16以下とすることができる。
なお、総炭素原子数8以上の分岐状アルキル基は、例えば炭素原子数8以上11以下の直鎖状アルキル基に、枝分かれ鎖が結合してなる分岐状アルキル基とすることができる。上記分岐状アルキル基は、すなわちエステル基の酸素原子に結合する炭素原子から数えて、最長鎖となる炭素鎖の炭素原子数が8以上11以下となるアルキル基である。なお、分岐状アルキル基は、総炭素原子数が8以上であれば、例えば炭素原子数6以上11以下の直鎖状アルキル基に枝分かれ鎖が複数結合してなる分岐状アルキル基であってもよい。
なお上記芳香族エステル化合物において、総炭素原子数8以上のアルキル基が上記特定の総炭素原子数を有する直鎖状アルキル基であるとする態様、あるいは、総炭素原子数8以上のアルキル基が上記特定の総炭素原子数を有する分岐状アルキル基であるとする態様は、芳香族エステル化合物においてエステル基※-(CO)O-の酸素原子に結合するアルキル基として、前記直鎖状アルキル基あるいは分岐状アルキル基を必須として含むことを意味する。
すなわち例えば芳香族エステル化合物が2個以上のアルキルエステル基で置換されている場合には、少なくとも一方のアルキルエステル基のアルキル基が上記特定の直鎖状アルキル基や特定の分岐状アルキル基であればよく、残りのアルキルエステル基のアルキル基が他のアルキル基であることを排除せず、また基油としてそのほかの総炭素原子数8以上のアルキル基を有する芳香族エステル化合物の使用を特段排除することを意図するものではない。
要するに上記芳香族エステル化合物において、例えば「総炭素原子数8以上の分岐状アルキル基が、総炭素原子数が9以上16以下である分岐状アルキル基である」という態様は、芳香族エステル系基油において、エステル基の酸素原子に結合するアルキル基として当該分岐状アルキル基のみを含む芳香族エステル化合物のみからなる態様、エステル基の酸素原子に結合するアルキル基として当該分岐状アルキル基と他のアルキル基(例えば総炭素原子数8以上11以下の直鎖状アルキル基)を含む芳香族エステル化合物のみからなる態様、これら芳香族エステル化合物の何れか/または双方とエステル基の酸素原子に結合するアルキル基として当該分岐状アルキル基以外のアルキル基を含む芳香族エステル化合物(例えば総炭素原子数8以上11以下の直鎖状アルキル基を含む芳香族エステル化合物)とを含む態様、のいずれをも包含し得る。
本発明の一実施態様において、基油は、総炭素原子数が9以上16以下である分岐状アルキル基が、少なくとも、エステル基の酸素原子に結合した芳香族エステル化合物から選択される。すなわち本態様は、前記芳香族エステル化合物が2以上のエステル基を有する場合、エステル基の酸素原子に結合するアルキル基の少なくとも1つは総炭素原子数が9以上16以下である分岐状アルキル基であればよく、残りのアルキル基は前記総炭素原子数が9以上16以下である分岐状アルキル基に限定されない。また別の実施態様において、総炭素原子数が9以上16以下である分岐状アルキル基は総炭素原子数が11以上16以下である分岐状アルキル基であってよく、この態様においても、前記芳香族エステル化合物が2以上のエステル基を有する場合、エステル基の酸素原子に結合するアルキル基の少なくとも1つは総炭素原子数が11以上16以下である分岐状アルキル基であればよく、残りのアルキル基は前記総炭素原子数が11以上16以下である分岐状アルキル基に限定されない。
動粘度が上記所定範囲にある芳香族エステル系基油は特に限定されないが、例えば上述した環上の置換基としてエステル基を有し、該エステル基の酸素原子に総炭素原子数8以上のアルキル基が結合する、芳香族エステル化合物を挙げることができる。
ウレア化合物は、耐熱性、耐水性ともに優れ、特に高温での安定性が良好なため、高温環境下での適用箇所において増ちょう剤として好適に用いられている。
本発明で使用するグリース組成物は、増ちょう剤としてウレア化合物、具体的には脂環式脂肪族ジウレア化合物を使用する。
脂環式脂肪族ジウレア化合物としては、下記式(1)で表されるジウレア化合物を挙げることができる。
R1-NHCONH-R2-NHCONH-R3・・・式(1)
(式(1)中、R1およびR3は一価の脂環式炭化水素基または一価の脂肪族炭化水素基であって、脂環式炭化水素基:脂肪族炭化水素基がモル比で6:4~8:2であり、
R2は二価の芳香族炭化水素基を表す。)
本発明では、式(1)で表されるジウレア化合物において、脂環式炭化水素基と脂肪族炭化水素基がモル比で6:4~8:2の範囲にあるジウレア化合物を用いることを特徴とする。脂環式炭化水素基と脂肪族炭化水素基のモル比を上記範囲とすることで、当該ジウレア化合物を含むグリース組成物の貯蔵弾性率や離油量を所定の範囲とすることができる。
後述するようにグリース組成物の貯蔵弾性率や離油量を考慮したジウレア化合物の採用により、該グリース組成物を転がり軸受に封入して該転がり軸受を駆動させた際、封入されたグリース組成物の形状が維持され、且つ適正量の油分(基油)が転動体に供給されるため、適切な潤滑性能を有しつつ発塵が抑制されたグリース組成物とすることができる。
上記一価の脂肪族炭化水素基としては、例えば炭素原子数6乃至26の直鎖状又は分岐状の飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基が挙げられる。
上記二価の芳香族炭化水素基としては、例えば炭素原子数6乃至20の二価の芳香族炭化水素基が挙げられる。
上記アミン化合物としては、ヘキシルアミン、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、オクタデシルアミン(ステアリルアミン)、ベヘニルアミン、オレイルアミンなどに代表される脂肪族アミン、並びに、シクロヘキシルアミンなどに代表される脂環式アミンが挙げられる。
またイソシアネート化合物として、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、ジメチルビフェニルジイソシアネート(TODI)等の芳香族ジイソシアネートが用いられる。
なかでも、離油量が適正であり且つ流動特性及び寿命特性に特に優れたグリース組成物を得られる観点から、例えば10質量%乃至13質量%の割合にて増ちょう剤を含むことが好ましい。
また、グリース組成物には、上記必須成分に加えて、必要に応じてグリース組成物に通常使用される添加剤を、本発明の効果を損なわない範囲において含むことができる。
このような添加剤の例としては、酸化防止剤、防錆剤、極圧添加剤(極圧剤)、金属不活性剤、摩擦防止剤(耐摩耗剤)、油性向上剤、粘度指数向上剤、増粘剤などが挙げられる。
これらその他の添加剤を含む場合、その添加量(合計量)は、通常、グリース組成物の全量に対して0.1~10質量%である。
2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、および4,4-メチレンビス(2,6-ジ-t-ブチルフェノール)等のその他のフェノール系酸化防止剤;
ジフェニルアミン、アルキル化ジフェニルアミン、トリフェニルアミン、ヒンダードアミン、フェニル-α-ナフチルアミン、アルキル化フェニル-α-ナフチルアミン、フェノチアジン、アルキル化フェノチアジン等のアミン系酸化防止剤等が挙げられる。
これらの中でも、ディスク付着性の観点からフェノール系酸化防止剤、中でも、オクタデシル-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、2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、トリエチレングリコール-ビス[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,2-チオ-ジエチレンビス[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]、及びオクチル-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロケイ皮酸からなる群から選択されるヒンダードフェノール系酸化防止剤や、ジフェニルアミン、アルキル化ジフェニルアミン、フェニル-α-ナフチルアミン、アルキル化フェニル-α-ナフチルアミン等のジアリールアミン化合物のアミン系酸化防止剤が好適であり、さらにはスラッジ抑制の観点から、上記のヒンダードフェノール系酸化防止剤が好適である。
これらの中でも、リン酸エステル、亜リン酸エステル、リン酸エステルアミン塩などのリン酸エステル系化合物、すなわちリン系化合物を好適に用いることができる。
好適なリン酸エステル系化合物としては、例えばトリクレジルホスフェート(CAS No.1330-78-5)、トリフェニルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリオレイルホスフェートなどのリン酸トリエステル;ジラウリルハイドロゲンホスファイト(CAS No.21302-09-0)、トリクレジルホスファイト(Cas No.25586-42-9)、トリス(2-エチルヘキシル)ホスファイト(CAS No.301-13-3)、トリイソデシルホスファイト(CAS No.25448-25-3)、トリラウリルホスファイト(CAS No.3076-63-9)、トリス(トリイソデシル)ホスファイト(CAS No.77745-66-5)、トリオレイルホスファイト(CAS No.13023-13-7)などの亜リン酸ジエステル及び/又は亜リン酸トリエステル;2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(CAS No.12645-31-7)、アルキル(C12,C14,C16,C18)アシッドホスフェート、イソトリデシルアシッドホスフェート(CAS No.52933-07-0)、オレイルアシッドホスフェート(CAS No.37310-83-1)などのリン酸モノエステル及び/又はリン酸ジエステル(酸性リン酸エステル);が挙げられ、これらは市販品としても入手可能である。
これらの中でも、スラッジ抑制の観点から上記リン酸トリエステル、リン酸モノエステル及び/又はリン酸ジエステルが好ましく、中でもリン酸トリエステルが好ましい。具体例としては、トリクレジルホスフェート(CAS No.1330-78-5)、トリフェニルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリオレイルホスフェート、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(CAS No.12645-31-7)、アルキル(C12,C14,C16,C18)アシッドホスフェート、イソトリデシルアシッドホスフェート(CAS No.52933-07-0)、及びオレイルアシッドホスフェート(CAS No.37310-83-1)からなる群から選択される少なくとも一種を挙げることができる。特に腐食抑制の観点から、トリクレジルホスフェート(CAS No.1330-78-5)、トリフェニルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリオレイルホスフェートからなる群から選択される1種が好適であり、中でも、トリクレジルホスフェートが好適である。
なお、従来、極圧添加剤として使用されている硫黄含有添加剤、例えば硫黄系化合物の金属塩(カルシウムスルホネートなど)や、リン系化合物としても分類され得るトリフェノキシホスフィンスルフィド(TPPS)などのチオリン酸トリエステルは、スラッジ抑制の観点から使用を避けることが望ましい。
上記高分子エステルとしては、例えば脂肪族1価カルボン酸及び2価カルボン酸と、多価アルコールとのエステルが挙げられる。上記高分子エステルの具体例としては、例えばクローダジャパン社製のPRIOLUBE(登録商標)シリーズなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、例えば前記芳香族エステル系基油と前記ウレア系増ちょう剤からなるウレア系グリース(ベースグリース)に対して、所望によりその他添加剤とを配合し、グリース組成物を得ることもできる。
通常、ベースグリースに対する増ちょう剤の含有量は10~30質量%程度であり、例えば上記のウレア系グリースに対するジウレア化合物(ウレア系増ちょう剤)の含有量は例えば10~25質量%程度、また10~20質量%程度とすることができる。
本発明で用いるグリース組成物は、貯蔵弾性率が適正な範囲にあることが好適である。すなわち、膜厚1mmでせん断歪み1%の条件で測定した25℃における貯蔵弾性率が1,200~3,000Paであることが好適である。
例えばピボットアッシー軸受装置では、グリースを冠形リテーナ(保持器)のグリースポケット上にのみ封入するため、グリースの形状が封入時の形状から変化すると、グリースがボール(転動体)等に絡み、転がり軸受のトルク上昇やトルク荒れにつながるだけでなく、発塵の要因になり得る。そのため、初期及び長期的なトルク安定性や発塵を抑制するには、グリースの形状維持能力(形状安定性)が重要な要素である。
こうしたグリースの形状安定性の観点から、本発明で用いるグリース組成物においては、上記測定条件(膜厚1mm、せん断ひずみ1%)における25℃の貯蔵弾性率が1,200Pa以上であることが好適である。ただし、貯蔵弾性率が高くなり過ぎると、グリース組成物が形状を維持したまま冠形リテーナ(保持器)のグリースポケットから落下する可能性がある。この場合、グリースが転動体の公転軌道上に位置するためにボールがグリースを超える際の抵抗が上がり、トルク上昇が懸念される。そのため、貯蔵弾性率は3,000Paを超えない値とするのが望ましい。
本発明で用いるグリース組成物は、離油量が適正な範囲、すなわち25℃における離油量が200~270mm2/mgであることが好適である。
そのため、本発明においては離油量の差がより明確となる独自の手法を採用した。具体的には、薬包紙の薬をのせる側の面上に9mgのグリース組成物をφ3mm円柱状に静置し、これを80℃環境下で24時間放置した時点において、薬包紙に生じた油にじみ(基油のにじみ)部分の面積を計測した。そしてグリースの質量当たりの油にじみ部分の面積を離油量(mm2/mg)として定義した。なお本試験において、薬包紙は(株)博愛社の「純白模造(中)」(サイズ:105mm×105mm、厚さ:42μm、目付:30g/m2)を用い、上述のように、薬をのせる側の面(光沢面)上にグリース組成物を静置させた。
上記の定義に基づき、潤滑不良が発生していない従来のグリースをこの独自方法で評価したところ、その離油量が概ね230~280mm2/mg程度であったことが確認された。なお離油量が200mm2/mg以下となった従来のグリースでは潤滑不良による焼き付きが確認された。また、離油量が多すぎる場合には油漏れの原因になる点を考慮し、その上限値は300mm2/mg程度である。
また、基油を所定の炭素原子数以上のアルキル基を有する芳香族エステル化合物を採用することで、前記発塵や、高温環境下の駆動で基油の揮発が発生した場合においても、発塵成分や揮発成分の磁気ディスク等への付着を抑制することができる。
以上の構成により、発塵や揮発成分が一因とされるディスク駆動装置のディスク読み書きエラーの抑制を可能とすることができる。
なお実施例及び比較例のグリース組成物の調製に使用した各成分の詳細及びその略称は以下のとおりである。
<増ちょう剤>
・脂環式脂肪族ジウレア化合物:脂環式炭化水素基:脂肪族炭化水素基のモル比は5:5~8:2(表1及び表2参照)
<基油>
・芳香族エステル(トリメリット酸エステル):
炭素原子数9:トリメリット酸の炭素原子数9のアルキルエステル(下記式[A]中、RがK1で表される化合物)
炭素原子数11:トリメリット酸の炭素原子数11のアルキルエステル(下記式[A]中、RがK2で表される化合物)
炭素原子数8:トリメリット酸の炭素原子数8のアルキルエステル(下記式[A]中、RがK3で表される化合物)
・鉱油+PAO:鉱油とポリアルファオレフィン油との混合油
・酸化防止剤:
フェノール系:ヒンダードフェノール系酸化防止剤(2,2-チオ-ジエチレンビス[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]、製品名「Irganox L115」、BASFジャパン(株))
アミン系:ヒンダードアミン系酸化防止剤(セバシン酸ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)、製品名「アデカスタブ LA-72」、(株)ADEKA)
・極圧添加剤:
リン酸エステル系極圧添加剤 富士フィルム和光純薬(株)、製品名「りん酸トリトリル」
アントンパール社製の回転式粘度計により、各グリース組成物の貯蔵弾性率G’を測定した。測定モードはひずみ分散法(ひずみを100%から0.01%に可変)にて、治具はパラレルプレートφ25mm(PP25)、プレートギャップ1mm、温度25℃にて測定を行った。ひずみが1%であるときの測定値を貯蔵弾性率G’(Pa)とし、以下の判定基準にて貯蔵弾性率(N=3の平均値)を評価した。
<判定基準>
N:貯蔵弾性率が1,200Pa未満
A:貯蔵弾性率が1,200Pa以上 3,000Pa以下
N:貯蔵弾性率が3,000Pa超
薬包紙の薬をのせる側の面上に調製した各グリース組成物9mgをφ3mm円柱状に静置し、80℃環境下にて24時間放置した。24時間経過後、薬包紙に生じた油にじみ部分の面積を計測した。グリース組成物の質量当たりの油にじみ部分の面積を離油量(mm2/mg)として算出し、以下の判定基準にて離油量(N=3の平均値)を評価した。
なお本試験において、薬包紙は(株)博愛社の「純白模造(中)」(サイズ:105mm×105mm、厚さ:42μm、目付:30g/m2)を用い、上述のように、薬をのせる側の面(光沢面)上にグリース組成物を静置させた。
<判定基準>
N:離油量が200mm2/mg未満
A:離油量が200mm2/mg以上 270mm2/mg以下
N:離油量が270mm2/mg超
外部から塵等が混入することの無いように構成された閉鎖空間内に揺動試験機を設置し、該揺動試験機に各グリース組成物を封入した玉軸受を備えたピボットアッシー軸受装置を設置し、揺動角度20度、揺動周波数20Hz、温度20~30℃にて7時間揺動させた。
揺動中の閉鎖空間内のパーティクル数を、気中パーティクルカウンタ(リオン(株)製:KC22-A)を用いて測定し、粒径ごとのパーティクルの個数よりパーティクルの総体積[μm3]を算出し、これを各例のパーティクル数(発塵量:N=3の平均値)として評価した。
実施例1、実施例2(実施例2~7)、比較例1(比較例1~5)、比較例6及び比較例1~7で使用した各基油について、以下の手順にてディスク付着性を評価した。
無電解ニッケルメッキされたアルミ製の磁気ディスクを、純度99%以上のn-ヘキサンおよびイソプロピルアルコールにて、それぞれ2回ずつ洗浄した後、完全に乾燥させた。このディスクに、ヘキサンで10vol%に希釈した基油(サンプルオイル)を5μL滴下し、そのまま1時間静置した。
滴下後の液滴の状態をディスク上方に固定したカメラにて撮影した。滴下直後(約5秒後)および滴下1時間静置後の液滴の総面積を画像解析ソフトにより算出し、滴下直後の面積値に対する滴下1時間静置後の面積値[滴下1時間後の面積値(最終面積)/滴下直後の面積値(初期面積)]の百分率(%)(ディスク付着性)を求めた(静置前後の面積値が全く変化しない場合、ディスク付着性は100%となる)。
なお本試験は温度:20~30℃、湿度:30~70%RHにて、1サンプルについて複数回繰り返して実施し、再現性(面積値の結果:±5%以内となる結果、N=4以上)が得られた際の値の平均値を試験結果として採用した。
得られた結果に基づき、以下の判定基準にて評価した。
<ディスク付着性 判定基準>
A:ディスク付着性が30%未満
N:ディスク付着性が30%以上
一方、比較例1~5のグリース組成物は、すべてにおいて貯蔵弾性率が不適(N)判定であり、比較例3及び5のグリース組成物に至っては、離油量についても不適(N)判定となった。その結果、実施例と比べてパーティクル数の値が大きい結果となった。また比較例4及び5のグリース組成物に使用した基油はディスク付着性がN判定であった。
上記<(4)ディスク付着性(1)>と同様の手順・試験手順にて、グリース組成物に使用する、表3に示す酸化防止剤のディスク付着性を評価した。
なお表3中の略号は以下のとおりである。
<ヒンダードフェノール系酸化防止剤>
・Irganox L115:2,2-チオ-ジエチレンビス[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]、BASFジャパン(株)
・Irganox L135:オクチル-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロケイ皮酸
・Irganox 1076FD:オクタデシル-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、BASFジャパン(株)
・Irganox 245:トリエチレングリコール-ビス[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、BASFジャパン(株)
・Irganox 565:2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、BASFジャパン(株)
<アミン系酸化防止剤>
〈ジアリールアミン系酸化防止剤〉
・Irganox L57:下記式[B]で表されるジフェニルアミン
・Irganox L67:下記式[B]で表されるジフェニルアミン
・Irganox L06:オクチル化フェニル-α-ナフチルアミン、BASFジャパン(株)
〈ヒンダードアミン系酸化防止剤〉
・アデカスタブLA-72:セバシン酸ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)、(株)ADEKA
・Irgalube Base10:ドデカン酸(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)、BASFジャパン(株)
表3に示す各酸化防止剤を、トリメリット酸の炭素原子数11のアルキルエステル(上記式[A]中、RがK2で表される化合物)により10vol%に希釈し、さらにヘキサンで10vol%に希釈して酸化防止剤サンプルを調製した。
この酸化防止剤防止剤サンプルを上記洗浄・乾燥したディスクに5μL滴下し、そのまま1時間静置した。
滴下後の液滴の状態を上記<(4)ディスク付着性>と同様に観察し、滴下1時間静置前後の液滴の面積値からディスク付着性[%]を求めた。
得られた結果に基づき、以下の判定基準に評価した。
<ディスク付着性 判定基準>
A:ディスク付着性が30%未満
N:ディスク付着性が30%以上
一方、ヒンダードアミン系酸化防止剤は、ディスクに付着しやすいと評価され、本発明の課題に係るグリース組成物への添加には適さないことが確認された。
グリース組成物に使用する、表4に示す極圧添加剤のスラッジ発生について評価した。
表4に示す極圧添加剤を、トリメリット酸の炭素原子数11のアルキルエステル(上記式[A]中、RがK2で表される化合物)で、それぞれ1~2vol%となるように希釈した。
この極圧添加剤サンプルそれぞれについて、ASTM D 4172に準拠し、回転数:1,200rpm、荷重:392N、温度:75℃、時間:5分にてシェル式高速四級試験機を運転した。
(図5に示すような撮影画像に基いて、後述の画像解析を行った)。以下、撮影した画像の解析には、画像解析ソフトImageJ 1.53fを用いた。
撮影した画像をグレースケール16bit(65536階調)に変換した後に、色調が0~100である領域を黒色部としてモノクロ二階調に変換した。この黒色部はスラッジの発生部に相当する。変換後の画像について、光量の安定しない左右両端をそれぞれ、画像の幅に対して15%ずつ除外した。
左右両端除外後のモノクロ二階調画像を解析対象画像とし、画像解析ソフトImageJ 1.53fの粒子解析(Analyze Particles)機能により、解析対象画像の黒色部の面積の総和を求めた。
当該解析対象画像全体の面積に対する、黒色部の面積の総和の比[黒色部の面積の総和/解析対象画像全体の面積](百分率(%))を面積率とし、以下の判定基準により評価した。
<判定基準>
E(Very good):面積率が0.1%未満
A(Good) :面積率が0.1%以上10%未満
N(Not Good) :面積率が10%以上
一方、硫黄含有添加剤はスラッジ判定がN(不適)であり、グリース組成物には適さないとする結果となった。
20…ディスク駆動装置、21…基台(ベースプレート)、22…スピンドルモータ、23…磁気ディスク、24…スイングアーム、25…磁気ヘッド、26…アクチュエータ、27…制御部、
30…ピボットアッシー軸受装置、31…シャフト(軸)、31a…シャフト本体、31b…フランジ部、32…スリーブ(外周部材)、32a…スペーサ部、40…第1の軸受、41…第1の内輪(インナーレース)、42…第1の外輪(アウターレース)、43…ボール(転動体)、44…保持器(リテーナ)、45…シール部材、50…第2の軸受、51…第2の内輪(インナーレース)、52…第2の外輪(アウターレース)、53…ボール(転動体)、54…保持器(リテーナ)、55…シール部材、
60…冠形保持器、61…環状部材、61a…端面、62…ボールポケット(凹部)、63(63a、63b)…爪、64…グリースポケット
Claims (20)
- 転がり軸受であって、
内輪と、
前記内輪の外周側に前記内輪と同軸に配置された外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の転動体と、
前記転動体を保持する保持器と、
前記内輪と前記外輪との間に保持されるグリース組成物を含み、
前記グリース組成物は、基油と、増ちょう剤とを含み、
前記増ちょう剤が、式(1)で表されるジウレア化合物からなるウレア系増ちょう剤を含み、
R1-NHCONH-R2-HNOCHN-R3 ・・・式(1)
(式(1)中、R1およびR3は一価の脂環式炭化水素基または一価の脂肪族炭化水素基であって、脂環式炭化水素基:脂肪族炭化水素基がモル比で6:4~8:2であり、
R2は二価の芳香族炭化水素基を表す。)
前記グリース組成物は、
膜厚1mmでせん断歪み1%の条件で測定した25℃における貯蔵弾性率が1,200~3,000Paであり、
25℃における離油量が200~270mm2/mgであり、
前記基油が、環上の置換基としてエステル基※-C(=O)O-(※は芳香環との結合箇所)を有し、該エステル基の酸素原子に総炭素原子数8以上のアルキル基が結合した芳香族エステル化合物からなる芳香族エステル系基油からなり、
前記基油が、
炭素原子数8以上11以下の直鎖状アルキル基がエステル基の酸素原子に結合した芳香族エステル化合物、炭素原子数8以上11以下の直鎖状アルキル基に枝分かれ鎖が結合してなる分岐状アルキル基がエステル基の酸素原子に結合した芳香族エステル化合物、及び、炭素原子数6以上11以下の直鎖状アルキル基に枝分かれ鎖が2以上結合してなる分岐状アルキル基がエステル基の酸素原子に結合した芳香族化合物からなる群から選択される、転がり軸受。 - 前記基油が、トリメリット酸エステルからなる芳香族エステル化合物である、
請求項1に記載の転がり軸受。 - 前記基油が、総炭素原子数が9以上16以下である分岐状アルキル基が、少なくとも、エステル基の酸素原子に結合した芳香族エステル化合物から選択される、
請求項1に記載の転がり軸受。 - 前記アルキル基は、総炭素原子数が11以上16以下である分岐状アルキル基である、
請求項3に記載の転がり軸受。 - 前記グリース組成物が、更に、フェノール系酸化防止剤を含む、
請求項1に記載の転がり軸受。 - 前記フェノール系酸化防止剤が、ヒンダードフェノール系酸化防止剤である、
請求項5に記載の転がり軸受。 - 前記ヒンダードフェノール系酸化防止剤が、オクタデシル-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、2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、トリエチレングリコール-ビス[3-(3-t-ブチル-5-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,2-チオ-ジエチレンビス[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]、及びオクチル-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシ-ヒドロケイ皮酸からなる群から選択される少なくとも一種である、
請求項6に記載の転がり軸受。 - 前記グリース組成物が、更に、ジアリールアミン系酸化防止剤を含む、
請求項1に記載の転がり軸受。 - 前記ジアリールアミン系酸化防止剤が、ジフェニルアミン、アルキル化ジフェニルアミン、及びアルキル化フェニル-α-ナフチルアミンからなる群から選択される少なくとも一種である、
請求項8に記載の転がり軸受。 - 前記グリース組成物が、更に、リン酸エステル系極圧添加剤を含む、
請求項1に記載の転がり軸受。 - 前記リン酸エステル系極圧添加剤が、ジラウリルハイドロゲンホスファイト(CAS No.21302-09-0)、トリクレジルホスファイト(CAS No.25586-42-9)、トリス(2-エチルヘキシル)ホスファイト(CAS No.301-13-3)、トリイソデシルホスファイト(CAS No.25448-25-3)、トリラウリルホスファイト(CAS No.3076-63-9)、トリス(トリイソデシル)ホスファイト(CAS No.77745-66-5)、トリオレイルホスファイト(CAS No.13023-13-7)、トリクレジルホスフェート(CAS No.1330-78-5)、トリフェニルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリオレイルホスフェート、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(CAS No.12645-31-7)、アルキル(C12,C14,C16,C18)アシッドホスフェート、イソトリデシルアシッドホスフェート(CAS No.52933-07-0)、及びオレイルアシッドホスフェート(CAS No.37310-83
-1)からなる群から選択される少なくとも一種である、
請求項10に記載の転がり軸受。 - 前記リン酸エステル系極圧添加剤が、トリクレジルホスフェート(CAS No.1330-78-5)、トリフェニルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリオクチルホスフェート、トリオレイルホスフェート、2-エチルヘキシルアシッドホスフェート(CAS No.12645-31-7)、アルキル(C12,C14,C16,C18)アシッドホスフェート、イソトリデシルアシッドホスフェート(CAS No.52933-07-0)、及びオレイルアシッドホスフェート(CAS No.37310-83-1)からなる群から選択される少なくとも一種である、
請求項11に記載の転がり軸受。 - 前記リン酸エステル系極圧添加剤が、トリクレジルホスフェートである、
請求項12に記載の転がり軸受。 - 前記グリース組成物は、グリース組成物の総質量に基づいて10質量%~13質量%の割合で前記増ちょう剤を含む、
請求項1に記載の転がり軸受。 - 前記グリース組成物は、260~300の混和ちょう度を有する、
請求項1に記載の転がり軸受。 - 請求項1乃至請求項15のうち何れか一項に記載の転がり軸受を備えたピボットアッシー軸受装置。
- 請求項16に記載のピボットアッシー軸受装置を備えた、ディスク駆動装置。
- 3.5インチ径のディスクを9枚以上備えた、請求項17に記載のディスク駆動装置。
- 空気よりも密度の小さい気体により内部空間が満たされている、請求項17に記載のディスク駆動装置。
- 熱アシスト磁気記録方式が採用された、請求項17に記載のディスク駆動装置。
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