专利名称：流体轴承装置及轴承用润滑油组成物的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为轴承用润滑油适用的润滑油组成物及使用该组成物的流体动压力轴承装置或多孔含油轴承装置及使用该轴承装置的主轴电动机。
为了适应有关信息设备的小型主轴电动机用轴承的低转矩化要求，流体动压力轴承、多孔含油轴承、动压力型多孔含油轴承等选用粘度较低的润滑油。以前，作为低粘度的润滑油，提出了PAO(聚α-烯烃)等的烃类、特开平4-357318号公报所述的二酯，或特开平8-259977号公报所述的碳酸二烷基酯或多元醇酯、特开2000-63860公报所述的单酯等。
近年，随着声像、办公自动化(AV·OA)设备的高性能化、手提利用的普及等，强烈要求这些的旋转部分使用的小型主轴电动机高速化、小型化，因此，常常要求旋转支撑部分使用的轴承低转矩化。影响轴承转矩的因素虽然有轴承间隙、轴径等，但润滑油的粘度也成为一大主要因素。
润滑油一般粘度愈低愈容易蒸发。润滑油由于蒸发等而减少时，不能得到适宜的油膜压力，因旋转精度降低影响寿命，故润滑油的蒸发特性是支配轴承耐久性的重要特性。因此，流体动压力轴承、多孔含油轴承、动压力型多孔含油轴承等滑动轴承的润滑，必须选择低粘度且蒸发特性较好的润滑油。而且大多数的情况使用酯类的润滑油。
酯油有许多种，其粘度、蒸发特性、溶解性等的特性分别不同，另外，随着降低粘度蒸发特性变差的倾向与其他的润滑油相同。因此，为了降低轴承的转矩，现行只选择低粘度的酯油，损坏了蒸发特性，使轴承的耐久性降低。例如，单酯等的低粘度油与作为主体的高粘度油的混合油，表观上的粘度高即使预料蒸发量少，但低分子成分选择性地蒸发后油量减少，或者低分子成分选择性地进入润滑面，产生使轴承刚性降低之类的问题。另外，使用二酯时，通过适当地选择分子量可获得具有低粘度特性的润滑油，但若是40℃的粘度为10mm2/s以下的二酯，蒸发量随低分子量化而增多，同时由于分子量均匀的缘故而基本上同时产生蒸发，故把一定条件作为界限耐久性急速降低。
为解决上述课题，发现以碳原子数为10的二元羧酸组成的酯为主成分、40℃时的粘度(运动粘度)是低于11mm2/s的低粘度润滑油(也称副成分)为副成分的润滑油组成物是优异的。
本发明的润滑油组成物，其特征是由(A)醇与碳原子数为10的二元羧酸的酯构成的基础油，并含有(B)40℃时的粘度低于11mm2/s的低粘度润滑油3-20重量％。这里优选的一个例子是前述(A)基础油是由碳原子数为8的醇与碳原子数为10的二元羧酸的酯构成，前述(B)低粘度润滑油的闪点是150℃以上或前述(B)低粘度润滑油是壬二酸二辛酯。
另外，本发明是以由(A)碳原子数为6-10的一元饱和脂肪族醇与碳原子数为10的二元饱和脂肪族羧酸的二酯组成的基础油，并含有(B)40℃时的运动粘度低于11mm2/s的低粘度润滑油3-20重量％为特征的润滑油组成物。
此外，本发明是在轴外周面与套筒内周面的任何一方设动压力发生槽，作为润滑剂使用前述润滑油组成物为特征的流体动压力轴承装置。另外，本发明是以浸渍了前述润滑油组成物为特征的多孔含油轴承装置或多孔含油轴承。这里优选的一个例子，多孔含油轴承是动压力型多孔含油轴承。另外，本发明是具有前述轴承装置的主轴电动机。
表示基础油的含有量与蒸发率、运动粘度关系的图。
流体动压力轴承装置的截面图。
烧结含油轴承装置及动压力型烧结含油轴承装置的截面图。
烧结含油轴承装置及动压力型烧结含油轴承装置的截面图。
烧结含油轴承装置及动压力型烧结含油轴承装置的截面图。
表示润滑油组成物的蒸发特性与耐久时间关系的图。
表示运动粘度与转矩关系的图。
多点扫描电动机的截面图。
HDD主轴电动机的截面图。
表示使用多点扫描电动机的耐久试验结果的图。
发明的实施方案首先，参照附图详细地说明本发明。
图4及图5是烧结含油轴承装置及动压力型烧结含油轴承装置的截面图，图中符号分别是1-密封垫、2-多孔含油轴承、3-径向轴承、4-轴、5-轴承套、6-密封间隙、7-带现缘轴、8-止推轴承部分、9-套圆筒部分、10-套止推支撑部分。
因此，考虑如图5的C-1所示结构的轴承装置。本结构是套内部空间在充满润滑油的状态下使用。
将恒定状态密封部分的放大图示于图6的C-3。润滑油面处于密封垫的内周部分，在使用环境温度、姿势等的设想条件下，润滑油面一般设计处于密封垫内周部分的那样。反之，当润滑油面上升到密封垫上侧端面之上时，当然润滑油向轴承装置外部泄漏，假如润滑油面下降到密封垫下侧端面之下时，空气混入供往轴承面的润滑油中，使旋转精度降低，同时由于空气的热膨胀，将内部的润滑油挤往轴承装置外部，成为引起润滑油泄漏的原因。润滑油由于蒸发，发生如后者之类的现象。因此，作为具体的设计，必须设计在轴承装置的使用最低温度(即润滑油体积最小，面位置最低的状态)下，使润滑油面位置从C-3的状态由于蒸发而变到图6的C-4的状态的时间，比装置整体所要求的耐久时间长。
假定，轴承装置在最低使用温度的环境下，由于润滑油的蒸发从图6的C-3的状态变成C-4的状态时，以体积减少率占润滑油总重的3重量％达到对轴承装置要求的耐久时间10000小时，如图7所示，在放置10000小时的情况下若不选定蒸发率低于3重量％的润滑油，则不能满足耐久性。这样，润滑油的蒸发特性与轴承装置(或组装有该轴承装置的电动机)的耐久性有相互关系，选择蒸发特性良好的润滑油，这关系到轴承装置的长寿命化。
另外，影响轴承转矩的因素虽然有轴承间隙、轴径等，但润滑油的粘度也成为一大主要因素。通过使用粘度更低的润滑油，可减少搅拌阻力(粘性阻力)，其结果转矩也降低。
准备运动粘度不同的润滑油，把使用图5的C-1所示结构的轴承装置测定转矩的结果示于图8。如图8所示，可以看出润滑油的运动粘度与转矩成比例关系，润滑油粘度的降低直接关系到轴承转矩的降低。
如以上所述，提供低转矩且寿命长的轴承装置的课题，可通过选择低粘度且蒸发特性优良的润滑油得到解决。
以下，对本发明的润滑油组成物进行说明。
作为润滑油组成物主体的基础油是碳原子数为10的二元羧酸的酯。用碳原子数为11以上的二元羧酸的酯时，旋转时的转矩增高，不能获得需要的性能。另一方面，碳原子数为9以下时，蒸发量迅速增大，不能实现主轴电动机的长寿命化。因此，必须将碳原子数为10的二元羧酸组成的酯作为主成分。作为碳原子数为10的二元羧酸优选是直链饱和脂肪酸的癸二酸。
作为上述碳原子数为10的二元羧酸的酯使用的醇成分，优选是碳原子数为6-10的一元饱和脂肪族醇，更优选是辛醇。具体地优选2-乙基已醇。上述酯是相对直链状，由于没有多元醇酯之类的大支链，所以具有高粘度指数、高闪点及良好的低温流动性。
在基础油中优选混合40℃时的粘度为小于11mm2/s且闪点150℃以上的低粘度润滑油(副成分)。若混合40℃时的粘度11mm2/s以上的润滑油则不能实现低转矩化，混合闪点为小于150℃的低粘度润滑油即使是最佳量的混合也会助长蒸发。换言之，优选低粘度润滑油的粘度比基础油低，平均分子量低的低粘度润滑油。因此，作为副成分使用的低粘度润滑油，可使用满足上述条件的DOZ(壬二酸二辛酯)或DOA(已二酸二辛酯)、新戊二醇酯、单酯、PAO(聚α-烯烃)等，但从低温流动性、相溶性、润滑性方面考虑，最优选使用具有与由碳原子数为10的二元羧酸与辛醇制得的酯类似结构的DOZ。
另外，作为基础油的酯与作为副成分的低粘度润滑油的构成比例，相对于润滑油组成物总量，低粘度润滑油必须是3-20重量％的范围。低粘度润滑油的含有比例超过20重量％时，副成分的影响相当明显，蒸发量增多，不能延长主轴电动机的寿命，而低粘度润滑油的含有比例低于3重量％时，不能获得降低转矩的显著效果。即，本发明是通过最佳量地在作为基础油的酯中混合作为副成分的低粘度润滑油，使以往没明确化的低粘度与低蒸发量兼有，通过最佳量混合作为低粘度的副成分，具有低分子成分的副成分选择性地导入润滑面间，实现低转矩化，作为抑制蒸发成分的碳原子数为10的二元羧酸组成的酯是导致主轴电动机长寿命化的。
本发明的润滑油组成物，还可根据需要，混合抗氧化剂、极压添加剂、抗摩损剂、防锈剂、金属钝化剂、油性改善剂等公知的添加剂。
本发明的润滑油组成物可优选在动压力型烧结含油轴承用、流体动压力轴承用、多孔含油轴承用、动压力型多孔含油轴承用方面使用。
作为基础油使用表1所示的二酯，作为副成分使用表2所示的低粘度润滑油。按表3～表6所示的比例配合基础油、低粘度润滑油、其他的添加剂形为润滑油组成物。将对该润滑油组成物测定蒸发率和运动粘度(40℃)的结果或评价结果示于表3～表6。另外，将测定比较例1～4的酯的蒸发率与运动粘度(40℃)的结果示于
图1。表4～表6示出了润滑油组成物的作为主体的基础油使用碳原子数为10的二元羧酸的酯(癸二酸二-2-乙基已酯)，准备几种改变作为副成分的低粘度润滑油的混合比例的润滑油，评价蒸发率和运动粘度(40℃)的结果。还有，在表3～表6所示的比较例与实施例中，添加相同量的作为公知抗氧剂的烷基二苯胺，和作为金属钝化剂的苯并三唑及作为抗摩损剂的磷酸三辛酯。另外，表4～表6中，配合量是重量份，剩余表示润滑组成物总量为100重量份时的剩余量。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
蒸发率的测定方法如下。
容器φ37×50润滑油量10g放置温度120℃(恒温槽)放置时间300小时测定自最初重量的重量减少率，小于5重量％为合格。
评价标准◎小于2.0重量％○2.0重量％以上，小于5重量％×5重量％以上(不合格)××10重量％以上(不合格)运动粘度的测定根据JIS K2283，40℃时的运动粘度11.8mm2/s以上为不合格。
◎小于11mm2/s○11mm2/s以上小于11.8mm2/s×11.8mm2/s以上(不合格)由表3及图1看出，二元羧酸二酯油由于二元羧酸的碳原子数为在9以下时蒸发率迅速上升，故必须使用碳原子数为10以上的二元羧酸二酯。另外，40℃时的运动粘度随碳原子数为减少而降低，若碳原子数为是10以下，则为小于13mm2/s。因此，本发明选择在蒸发率、运动粘度两方面均合格的碳原子数为10的二元羧酸形成的酯为主成分，通过混合副成分即粘度比主成分的酯低的润滑油，调整不仅维持主成分的蒸发特性而且可进一步降低运动粘度(40℃)。另外，作为用于主成分的碳原子数为10的二元羧酸的醇成分，只要是一元醇就没任何问题，但从粘度、稳定性的方面考虑，优选辛醇。
作为副成分用的低粘度润滑油，为了降低混合油的粘度，优选粘度比作为主成分的酯的粘度低的低粘度润滑油。使用闪点低于150℃的低粘度润滑油时，即使进行最佳量的混合也助长蒸发。
由表4～表6的结果看出，虽然也取决于作为副成分的低粘度润滑油的种类，但是比例超过20重量％时，蒸发率迅速上升。由于低粘度润滑油的构成比例大，估计表现强影响、蒸发率增大。因此，低粘度润滑油的构成比例必须是20重量％以下。低粘度润滑油的构成比例是3重量％时，与0重量％时的粘度没有太大差别，但根据进行混合的低粘度润滑油，有时能满足粘度、蒸发的两种特性。虽然仅仅是3重量％，但满足两种特性的效果大。尤其是碳原子数为8的DOZ作为副成分的低粘度润滑油时，可获得最佳的结果。从低温流动性、相溶性、润滑性的方面考虑，优选DOZ作为副成分。
图2中示出了作为代表例，在碳原子数为10的二元羧酸的二酯中混合作为副成分的DOZ的润滑剂的蒸发率与运动粘度的测定结果。
如前所述，清楚可见由于润滑剂的粘度、蒸发特性分别与装有使用其润滑剂的轴承装置的电动机的转矩、耐久性有相互关系，故轴承装置中使用本发明制的低粘度且蒸发特性优良的润滑剂，可兼具电动机的低转矩化，长寿命化。
作为使用本发明的润滑油的轴承装置可列举如下。
图3的a是表示流体动压力轴承一个例子的截面图。图中11是套筒，标注相同序号的在图4及图5也是相同的名称。本流体动压力轴承在轴外周面与套筒内周面的至少任一方设动压力槽，向其轴外周面与套筒内周面的间隙(轴承间隙部分)注入润滑油或者采用真空浸渍的方法填充润滑油，借助随轴旋转产生的润滑油的动压力，沿径向旋转支撑轴。图3b是表示在上述a中再设止推轴承部分8，旋转支撑径向、止推两方向类型的流体动压力轴承一个例子的截面图。止推轴承由轴的凸缘3、和与其相对形状加工组装的套筒11及底板形成，在凸缘面与套筒的相对部分及凸缘面与底板的相对部分各至少任一方设动压力槽，通过向止推轴承两方与a所示流体动压力轴承同样地注入润滑油，利用润滑油随轴的旋转而产生的动压力效果可在径向、止推方向两方向支撑轴。再者，虽然图3的a及b设有动压力槽，但也可以是没有动压力槽的流体轴承。
图4是表示多孔含油轴承装置一个例子的截面图。图4的a是轴承面为圆形的圆轴承，图4的b、图5的C-1及C-2是动压力型多孔含油轴承。图4的a及b是轴承面仅为径向的类型，这些是将预先在轴承体内浸渍润滑油的多孔含油轴承2压入套部件5。以用铆接、粘接等的方法固定的轴承装置的状态固定在电动机上，将固定转子的轴4插入轴承内径部使用。如果需要，也可在轴插入之前在轴承内径面适量注入润滑油。套部件的反转子侧为了防止油泄漏，用密封垫密封。也可使用底部预先做成杯型的套部件。
另外，图5的C-1及C-2是动压力型烧结含油轴承的内径面与一侧端，还分别在套筒底部有轴承部分，也有沿径向、轴向完全非接触地旋转支撑带凸缘轴7的情况，该类型是在套筒内组装轴、轴承、密封垫后在装置内浸渍润滑油、与电动机组装而使用。由于在装置的空间内完全浸渍润滑油、在装置内没有空气的残留，故运转中在轴承部分形成连续的油膜，确保高旋转精度，同时不用担心因空气的热膨胀而漏油。这种类型在一切使用姿势中可发挥高旋转精度，故优选用于HDD或手提视频摄象机等，主轴电动机的使用姿势横放或倒立，或者不固定之类的用途的旋转支撑。这种类型的轴承装置可直接固定在电动机上，将转子固定在带凸缘轴的前端使用。再者，如C-2所示，也可以是将套筒分成圆筒部分9和止推支撑部分10的两体的套筒分离型。
如前述，可以看出润滑剂的粘度、蒸发特性由于与装有使用其润滑剂的轴承装置的电动机的转矩、耐久性分别有相关，故通过轴承装置中使用本发明制的低粘度且蒸发特性优良的润滑剂，可兼具电动机的低转矩化、长寿命化。这里，作为其证实例，列举在使用上述轴承装置的主轴电动机上的耐久试验结果。图9是在多点扫描电动机上装载使用图4的b所示的压力型烧结含油轴承的轴承装置的例子。另外，图10是在HDD主轴电动机上装载图5的C-1所示轴承装置的例子。图11示出了在下述条件下对图9所示多点扫描电动机进行耐久试验的结果。
耐久试验条件润滑油比较例2、实施例1旋转速度30000rpm环境气氛温度60℃
电动机姿势40°倾斜试验时间50万周期(市场要求30万周期)运转条件通/断(1周期36秒)如图11所示，实施例1的润滑油组成物与使用比较例2的润滑油组成物的情况相比是低转矩(电流值低)，耐久性也充分满足市场的要求。发明效果流体动压力轴承，多孔含油轴承、动压力型多孔含油轴承中，通过使用碳原子数为10的二元羧酸形成的酯为主成分，混合40℃时的粘度低于11mm2/s的润滑油3～20重量％的润滑油，不损坏有关信息设备的小型主轴电动机用轴承的耐久性，可实现低转矩化。
权利要求
1.润滑油组成物，其特征在于，以(A)醇与碳原子数为10的二元羧酸的酯为基础油、含有(B)在40℃时的运动粘度低于11mm2/s的低粘度润滑油3～20重量％。
2.权利要求1所述的润滑油组成物，其特征在于(A)基础油由碳原子数为8的醇与碳原子数为10的二元羧酸的酯组成。
3.权利要求1所述的润滑油组成物，其特征在于(B)低粘度润滑油的闪点是150℃以上。
4.权利要求1～3的任一项所述的润滑油组成物，其特征在于(B)低粘度润滑油是壬二酸二辛酯。
5.润滑油组成物，其特征在于，以(A)碳原子数为6-10的一元饱和脂肪族醇与碳原子数为10的二元饱和脂肪族羧酸的二酯为基础油，含有(B)在40℃时的运动粘度低于11mm2/s的低粘度润滑油3～20重量％。
6.流体轴承装置，其特征在于设置通过介于轴外周面与套筒内周面的间隙的润滑油的油膜压力支撑旋转轴的轴承部分，作为润滑剂使用权利要求1～5的任一项所述的润滑油组成物。
7.流体动压力轴承装置，其特征在于在轴外周面与套筒内周面的任何一方设动压力发生槽，作为润滑剂使用权利要求1～5的任一项所述的润滑油组成物。
8.多孔含油轴承装置，其特征在于具有浸渍权利要求1～5的任何一项所述润滑油组成物的多孔含油轴承。
9.权利要求8所述的多孔含油轴承装置，其特征在于多孔含油轴承是动压力型多孔含油轴承。
10.多孔含油轴承，其特征在于浸渍权利要求1～5的任何一项所述的润滑油组成物。
11.权利要求10所述的多孔含油轴承，其特征在于多孔含油轴承是动压力型多孔含油轴承。
12.主轴电动机，其特征在于具有权利要求6～9的任一项所述的轴承装置。
全文摘要
提供耐久性、低转矩好的轴承用润滑油，同时提供适用于有关信息设备的小型主轴电动机用轴承的流体动压力轴承、多孔含油轴承、动压力型多孔含油轴承。以(A)碳原子数为6－10的一元饱和脂肪族醇与碳原子数为10的二元饱和脂肪族羧酸的二酯构成的基础油，含有(B)40℃时的运动粘度低于11mm
文档编号C10M169/04GK1428407SQ0216083
公开日2003年7月9日 申请日期2002年12月27日 优先权日2001年12月27日
发明者长野克己, 大条义彦, 三上英信, 栗村哲弥 申请人:新日铁化学株式会社, Ntn株式会社