KR100485444B1

KR100485444B1 - 소결된 오일함침 베어링

Info

Publication number: KR100485444B1
Application number: KR10-2002-0014678A
Authority: KR
Inventors: 야나세다케시; 미야사카모토히로; 다케하나도시카즈
Original assignee: 히다치 훈마츠 야킨 가부시키가이샤
Priority date: 2001-04-17
Filing date: 2002-03-19
Publication date: 2005-04-27
Also published as: JP3911133B2; JP2002310156A; KR20020081056A

Abstract

소결된 오일함침 베어링의 마찰저항을 저감하고, 게다가 그 낮은 마찰계수를 장기간 지속하는 내구성의 소결된 오일함침 베어링을 제공하고, 스핀들모터의 품질을 향상시킨다.

폴리-α-올레핀을 기제오일로하고, 탄소수 14 내지 20의 지방족 1가 알콜을 조성물 전체의 1 내지 12 질량% 함유하는 윤활유조성물을 함침한 소결된 오일함침 베어링을 제공한다.

Description

소결된 오일함침 베어링{SINTERED OIL-IMPREGNATED BEARING}

기술분야

본 발명은 고속으로 미끄러져 이동하고, 그 마찰계수가 장기간에 걸쳐 낮게 유지되며, 특히, 광디스크 장치등의 스핀들모터용에 적합한 소결된 오일함침 베어링에 관한 것이다.

종래기술

CD-ROM이나 DVD-ROM 등의 디스크 회전장치의 스핀들모터에 사용되는 베어링으로는, 하우징내에 축방향으로 간격을 둔 2개의 베어링면을 설치한 미끄럼베어링 구조의 것이 있다. 이 2개의 베어링면은, 하우징에 2개의 소결된 오일함침 베어링을 압입하거나, 혹은 양단측에 베어링면을 가지고, 중간부를 축보다 큰 직경의 중간 릴리프부로 한 1개의 소결된 오일함침 베어링을 하우징에 압입한 구조이다.

스핀들모터는, 회전수가 수천회전 이상으로 다른 베어링요소에 비해 높고, 또 그 베어링은, 디스크가 탑재됨으로써 불균형하중이 가해지고, 하중부하가 둘레방향으로 이동하는 주변의 흔들림을 발생시키기 때문에, 오일막의 형성이 곤란해지기 때문에 마찰계수가 높아지고, 마모의 진행이 빨라지는 등의 문제를 발생시키기 쉬운 결점을 가지고 있다.

이러한 사정에 대처하기 위해, 축과의 친화성이나 내마모성을 가지는 청동계 합금이나 강철합금으로 이루어진 다공질 소결베어링에 함침하기 위한 윤활유의 개량이 여러가지 제안되어 있다.

예를 들어, 특개평 9-125086 호 공보에 기재된 바와 같이 기제오일이 폴리올레핀과 폴리올에스테르의 혼합물, 특개평 10-36870 호에 기재된 바와 같이, 폴리-α-올레핀 또는 그 수소화물을 기제오일로하고, OH기를 가지는 지방산끼리 또는 OH기를 가지는 지방산과 OH기를 가지지 않은 지방산을 축합한 2량체 이상의 옥시 지방산올리고머인 에스톨리드와 알콜의 에스테르를 배합한 것, 특개평 11-269475 호 공보에 기재된 바와 같이, 폴리-α-올레핀 또는 그 수소화물의 기제오일에, 인산에스테르를 배합한 것 등을 들 수 있다.

이들의 윤할유를 함침한 소결베어링은 마찰계수가 낮고, 장시간의 운전을 지속하는 것으로 제안되어 있다.

이 종류의 베어링요소는, 점점 사용회전수가 상승하고 있고, 또, 모터의 소비전력이 더욱 작아지도록 저마찰인 것이 요구되고 있다.

본 발명은, 소결된 오일함침 베어링의 마찰계수를 저감하고, 그 낮은 마찰계수가 장기지속하는 내구성이 있는 소결된 오일함침 베어링을 제공하고, 스핀들모터의 품질을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 소결된 오일함침 베어링은, 폴리-α-올레핀을 기제오일로 하고, 탄소수 14 내지 20의 지방족 불포화 1가 알콜(바람직하게는 올레일 알콜을 주체로 한다)을 조성물 전체의 1 내지 12 질량% 함유하는 윤활유 조성물을 함침한 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 내용을 더욱 상세히 설명한다.

(1) 소결 베어링

소결 베어링재료는, 청동계, 철계, 철강계, 황동-철계 등으로 적용할 수 있으나, 스핀들 베어링으로는 청동-철계 복합재료 또는 황동-철계 복합재료가 바람직하다.

유효다공율은, 베어링요소의 구조에 따라 적절히 결정되지만, 5 내지 25% 정도로 되어 있다.

소결된 오일함침 베어링은, 평활한 미끄럼이동 면인 것, 양단의 내주를 미끄럼이동 면으로 하고 중간부를 축직경보다 큰 직경으로 한 중간릴리프 형상인 것, 미끄럼이동 면부에 오일 홈이나 동압 홈이 형성되어 있는 것, 미끄럼 이동면이 내주면과 단면의 양쪽에 있는 것 등이 포함된다.

이들의 베어링은, 분말성형, 소결, 사이징, 오일함침을 포함하는 통상의 공정으로 제조된다. 미끄럼이동 면은, 개구한 기공량을 사이징에 의해 감소시킨 것이 바람직하다. 또 동압 홈은, 축방향과 평행한 것, 헤링본 모양인 것 등 적당하고, 이 경우, 홈면은 기공이 적은 것이 바람직하다.

(2) 윤활유의 기제오일

기제오일인 폴리-α-올레핀은, 미끄럼베어링의 함침에 사용하는 윤활유에 필요한 윤활특성, 내열성, 저온특성, 열안정성을 겸비하고 있고, 각종의 광유에 비해 우수하다.

기제오일인 폴리-α-올레핀은, 종류나 각종 성상에 대하여 특별히 제한은 없지만, 예를 들어 탄소수 6 내지 14의 α-올레핀의 올리고머, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 에틸렌-α-올레핀 공중합체나 1-데센의 올리고머를 예시할 수 있다. 선택의 지표로서는 동점도를 들 수 있다. 동점도가 너무 낮으면 내하중성, 내휘발성 등이 떨어지는 일이 있고, 동점도가 높은 것은 저온에서의 유동성이 나빠지고, 운전초기의 마찰계수가 높아질 우려가 있으므로 40℃에서의 동점도가 5 내지 100 mm²/초의 범위에 있는 것이 바람직하다.

또, 다른 지표로서는 윤활특성 및 고온안정성을 확보하기 위해, 점도지수가 높은 것을 선택하는 것이 바람직하고, 점도지수는 110 이상이 목표이다. 이것에 관련하여, 저온역의 점도특성을 고려하여 유동점이 -30℃ 이하의 것을 선택하는 것이 바람직하다.

(3) 윤활유에 포함되는 유성제(油性劑)

본 발명의 베어링용 윤활유는 상기 기제오일에 유성제 그 밖의 첨가제를 배합한 조성물로서 사용되고, 유성제로서 탄소수 14 내지 20의 지방족 1가 알콜이 윤활유 조성물 전체의 1 내지 12 질량% 첨가된 것이다. 탄소수 14 내지 20의 지방족 1가 알콜로는 하기의 것 등을 들 수 있지만, 이들중에서 스핀들 베어링의 사용조건에 특히 적합한 것은 올레일 알콜이다.

하기의 (1) 내지 (3)은 지방족 포화알콜, (4)와 (5)는 지방족 불포화알콜이다. 또 이들은 복수의 알콜혼합물로서 첨가할 수도 있다.

(1) 미리스틸알콜(테트라데실알콜)

CH₃(CH₂)₁₂CH₂OH (C₁₄H₃₀O)

(2) 세틸알콜(헥사데실알콜)

CH₃(CH₂)₁₄CH₂OH (C₁₆H₃₄O)

(3) 에이코실알콜

CH₃(CH₂)₁₈CH₂OH (C₂₀H₄₂O)

(4) 올레일알콜(cis-9-옥타데세닐알콜)

CH₃(CH₂)₇CH =CH(CH₂)₇CH₂OH (C ₁₈H₃₆O)

(5) 엘라이딜알콜(trans-9-옥타데세닐알콜)

CH₃(CH₂)₇CH =CH(CH₂)₇CH₂OH (C ₁₈H₃₆O)

지방족 1가 알콜을 기제오일에 혼합한 윤활유조성물은, 더욱 저마찰의 윤활특성을 나타낸다. 그 이유는, 지방족 1가 알콜 자체도 미끄럼특성을 가지지만, 종래 윤활유에 혼합되어 있는 폴리올에스테르 등의 에스테르계의 유성제에 비해 분자량이 적고, 금속(베어링 미끄럼이동 면)에의 흡착력이 낮아지는 것 때문에 더욱 얇은 유막을 형성하는 것에 기인하는 것으로 생각된다.

유성제의 함유량은, 윤활유 조성물 전체의 1 내지 12 질량%의 범위이다. 함유량이 1질량%부터 윤활효과가 확인되며, 첨가량의 증가에 따라 윤활특성이 향상하여 더욱 저마찰로 된다. 단, 함유량이 많은 경우, 저온에서의 유동성이 저하하는 것, 고온도의 환경에서는 수분에 의해 특성이 변화할 우려가 있는 것, 사용하는 온도가 비교적 높아 알콜성분이 휘발하는 경우에는 윤활특성에 변화를 발생시킬 우려가 있는 것 등에 의해 12 질량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 또한 8 내지 10 질량%가 더욱 바람직하다.

(4) 그 밖의 첨가제

소결 베어링에 함침하는 상기 윤활유 조성물에는, 그 밖에 윤활성 향상(점도지수 향상)제, 부식억제(금속불활성화)제, 산화방지제 등을 함유하는 것이 바람직하다.

윤활성향상(점도지수 향상)제로는, 폴리메타크릴레이트, 폴리이소부틸렌 등을 들 수 있지만, 폴리메타크릴레이트가 저온특성등의 점에서 특히 바람직하다. 첨가량은 윤활유 조성물 전체의 1 내지 5 질량%의 범위가 적당하다. 적은 경우는 점도지수의 향상이 적고, 너무 많으면 점도가 지나치게 높아질 우려가 있다. 또, 폴리메타크릴레이트를 첨가함으로써 윤활성이 향상한다. 함유량이 1 질량%에서 효과가 확인되고, 첨가량의 증가와 함께 그 효과가 증가하지만, 과잉으로 첨가하여도 그것 이상의 효과를 수반하지 않기 때문에 5 질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

또, 분자량이 비교적 크고, 점도가 비교적 높은 쪽이 윤활성 향상의 점에서 바람직하다.

부식억제(금속불활성화)제로서는, 예를 들어, 벤조트리아졸 및 그 유도체를 들 수 있다. 금속표면에 불활성 피막을 만드는 작용과 산화방지 작용이 있다. 그 첨가량은 윤활유 조성물 전체의 0.05 내지 2 질량% 정도이다.

또, 산화방지제로서는, 예를 들어 2,6-디-t-부틸페놀(4,4'-메틸렌비스)나 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀 등의 페놀계, 디옥틸디페닐아민이나 페닐-α-나프틸아민 등의 아민계를 들 수 있다. 기제오일에의 용해성의 점에서 페놀계에서는 2,6-디-t-부틸페놀(4,4'-메틸렌비스), 아민계에서는 디옥틸디페닐아민이 바람직하다. 첨가량은 윤활유 조성물 전체에 대해 0.05 내지 2 질량% 정도이다.

(실시예)

다음에, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다.

(1) 베어링소재

베어링재료는, 히다치훈마츠야킨(주)제의 EAK재를 사용하였다. 이 재료는, 조성이 질량으로 Fe:45%, Sn:2%, 흑연:0.5%, Cu 및 그 외: 잔부이고, 철과 청동의 혼합조직중에 흑연이 분산하여 있는 소결합금으로, 원료분중 Cu의 일부로서 동박분을 사용하여 만들어지고 있으므로, 동합금에 철입자를 넣어 포함한 금속조직을 나타내고 있다.

베어링은, 분말압축성형하고, 성형체를 철에 탄소를 침입시키지 않고 동과 주석이 합금화하는 온도로 소결하고, 사이징에 의해 양단부에 베어링부가 있고 중간부가 베어링부보다 큰 직경의 중간릴리프 형상으로 조형된다.

(2) 함침유

기제오일로서 폴리-α-올레핀을 97.7 질량%, 페놀계 산화방지제를 0.1 질량%, 벤조트리아졸계 부식방지제를 1.1 질량%, 및 윤활성 향상제로서 폴리메타크릴레이트를 1.1 질량% 혼합한 윤활유소제를 제작하였다.

이 윤활유소제에 유성제로서 올레일알콜을 전체조성의 1 내지 12 질량%의 범위로 혼합한 4 종류의 윤활유조성물을 조정하였다.

또, 비교하는 윤활유조성물은, 상기의 윤활유소제에 유성제로서 인산에스테르를 전체조성의 10 질량%로 되도록 혼합한 것을 사용하였다.

(3) 오일함침

상기의 베어링 소제에 각종의 윤활유조성물을 진공함침하였다.

(4) 성능평가 방법

도 1은, 시험장치의 구조를 모식적으로 나타낸 종단면도이다. 베어링(1)은 중간릴리프 형상을 하고 있고, 하우징(2)에 압입되어 있다. 하우징(2)은 컵상이고, 내저부는 스러스트 받이(3)이고, 샤프트(4)의 구면을 스러스트 받치고 있다. 하우징(2)의 외주에는 코일(7)이 감겨진 코아를 갖추고 있고, 샤프트(4)의 상부에는 내주에 마그네트(5)를 갖춘 로터요크(6) 및 로터(8)가 고정되어 있다. 코일(7)에 통전함으로써, 샤프트(4)를 축으로 하여 로터요크(6)가 회전하는 구조의 스핀들모터이다. 샤프트(4)는 직경 3mm이다.

이 스핀들모터의 로터(8)면에 접착수지로 추를 고정하고, 회전불균형을 0.9g·cm로 하고, 회전수 9000 rpm일 때의 전류치, 및 전압 12V로 했을 때의 회전수를 각각의 베어링에 대하여 측정하였다.

(5) 측정결과

회전수 9000 rpm일 때의 전류값(A) 및 전압 12V일 때의 회전수는 표 1과 같다.

폴리-α-올레핀을 기제오일로하고, 유성제로서 인산에스테르를 함유하는 윤활유 조성물을 함침한 것에 비교하여, 유성제로서 올레일 알콜을 포함하는 윤활유 조성물을 함침한 것은, 모터의 회전에 요구되는 전류가 적고, 일정전압을 부여했을 때의 회전수가 많아지고 있어, 후자 쪽이 윤활제 미끄럼이동 특성이 우수한 것을 알 수 있다. 함유량이 각각 10 질량%에서 비교하면, 전자에 대하여 후자가 전류치에서는 약 20% 적고, 회전수에서는 약 8% 크다.

윤활유 조성물의 유성제의 종류와 함유량		9000 rpm시의 전류치(A)	전압 12V 시의 회전수(rpm)
올레일알콜	인산 에스테르	9000 rpm시의 전류치(A)	전압 12V 시의 회전수(rpm)
1 질량%5 질량%10 질량%12 질량%	----	1.081.040.970.96	9,6009,81010,09010,200
-	10 질량%	1.19	9,350

이상, 설명한 바와 같이, 본 발명의 소결된 오일함침 베어링은, 미끄럼이동 마찰이 적은 것이고, CD-ROM 이나 DVD-ROM등의 디스크 회전장치의 스핀들모터에 사용한 경우, 소비전력이 적고, 혹은 더욱 고속회전에 대응할 수 있고, 회전장치의 품질향상 및 소결된 오일함침 베어링의 이용분야를 확대할 수 있다.

도 1은 베어링 성능평가 시험에 사용한 스핀들모터의 구조를 보여주는 종단면도이다.

(부호의 설명)

1 베어링

2 하우징

3 스러스트 받이

4 샤프트

5 마그네트

6 로터요크

7 코일

8 로터

Claims

다공질 베어링의 기공내에, 폴리-α-올레핀을 기제오일로 하고, 조성물 전체에 대해, 탄소수 14 내지 20의 지방족 불포화 1가 알콜을 주성분으로하는 유성제를 1 내지 12 질량% 함유하는 윤활유 조성물을 함침한 것을 특징으로 하는 소결된 오일함침 베어링.
제 1 항에 있어서, 상기 윤활유 조성물에 함유된 지방족 불포화 1가 알콜이, 올레일알콜을 주체로 한 알콜인 것을 특징으로 하는 소결된 오일함침 베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 소결된 오일함침 베어링은 스핀들모터용인 것을 특징으로 하는 소결된 오일함침 베어링.