JP6022422B2 - ゲル状潤滑剤、転がり軸受、ピボットアッシー軸受及びハードディスクドライブ - Google Patents
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Description
第1の実施形態として、ゲル状潤滑剤について説明する。本実施形態のゲル状潤滑剤は、エステル系合成油及び合成炭化水素油を含有する基油と、2種類のスチレン系ブロック共重合体を含有するゲル化剤を含む。
本実施形態では、第1の実施形態のゲル状潤滑剤が封入された転がり軸受について説明する。図1に示す本実施形態の転がり軸受11は、回転軸mを中心軸とする円筒形の外輪1と、外輪1の内周側に外輪1と同軸状に設けられる円筒形の内輪2と、外輪1と内輪2との間に形成される軌道6内に配置される複数の転動体であるボール3と、軌道6内に配置されてボール3を保持する保持器(リテーナ)4と、内輪2に対向する外輪1の軌道面1aの両端部から内輪2へ向かって伸び、軌道6を外界から遮断するシール5と、軌道6内に封入される第1の実施形態のゲル状潤滑剤(不図示)とから主に構成される。転がり軸受11では、外輪1及び内輪2と、複数のボール3との転がり接触によって摩擦抵抗が低減され、ボール3の転動により、内輪2が外輪1に相対して、回転軸mを中心として回転する。ボール3は、保持器4により、内輪1及び外輪2の周方向に所定の間隔で保持され、ボールの脱落や隣接するボール間の接触が抑制される。更に、転がり軸受11では、ゲル状潤滑剤により、軌道6内のボール3と内外輪1,2との摩擦抵抗が低減され、摩擦トルクが軽減されると伴に摩擦熱の発生も抑制され、内輪1及び外輪2の円滑な回転が促進される。
本実施形態では、第2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、及び該ピボットアッシー軸受を含むハードディスクドライブ(HDD)について説明する。
基油としてエステル系合成油及び合成炭化水素油を用い、ゲル化剤としてスチレン系ブロック共重合体を用いて、以下に説明する予備実験(I)〜(III)を行った。予備実験(I)〜(III)の結果を表1に示す。
予備実験(II):表1に示すように、エステル系合成油及び合成炭化水素油の2種類を混合した基油に対して、1種類のゲル化剤を添加して、220℃に加熱しながら均一に混合し、試料5及び6を調製した。試料5及び6について、ゲル化とオイル分離を下記の観察方法に基づいて観察した。ゲル化剤は、基油全量に対して約2〜6質量%添加し、2種類の基油の混合割合は、質量比で、(エステル系合成油):(合成炭化水素油)=1:1とした。
予備実験(III):表1に示すように、エステル系合成油及び合成炭化水素油の2種類を混合した基油に対して、2種類のゲル化剤を添加して、220℃に加熱しながら均一に混合し、試料7を調製した。試料7について、ゲル化とオイル分離を下記の観察方法に基づいて観察した。ゲル化剤は、基油全量に対して約4〜5質量%添加し、2種類の基油の混合割合は、質量比で、(エステル系合成油):(合成炭化水素油)=1:1とし、2種類のゲル化剤の混合割合は、質量比で(SEPS):(SEEPS)=3:2とした。
まず、ビーカー内で試料1〜7を調製し、ゲル化の有無を目視により判断した。次に、ゲル化した試料について、(1)ビーカーの内壁とゲルの間に、分離しているオイルが目視によって確認されず、更に、(2)観察者の指をゲルに接触させ、このとき、少量のオイルが指に付着し、且つ観察者の指にゲルが付着しない状態を「適量のオイルが分離している状態」と判断した。また、(1)において、分離しているオイルが目視によって確認された場合は、オイルの分離量が多いと判断し、(2)において、観察者の指にオイルが付着せずに、ゲルが付着した場合は、オイル分離量が少ないと判断した。
2)PAO10:合成炭化水素油(Exxon Mobil社製、ポリアルファオレフィン油、100℃における動粘度:10mm2/s)
3)SEPS:スチレン‐(エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体
4)SEEPS:スチレン‐(エチレン‐エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体
表2に示すゲル状潤滑剤組成に従って、基油、ゲル化剤及び添加剤を220℃に加熱しながら均一に混合し、実施例1〜18の試料(ゲル状潤滑剤)を得た。同様の方法により、表3に示すゲル状潤滑剤組成に従って、比較例1〜30の試料を得た。また、比較例31として、従来からピボットアッシー軸受に用いられているウレアグリース系潤滑剤を用意した。
2)PAO10:合成炭化水素油(Exxon Mobil社製、ポリアルファオレフィン油、100℃における動粘度:10mm2/s)
3)SEPS:スチレン‐(エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体
4)SEEPS:スチレン‐(エチレン‐エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体
5)アミン系酸化防止剤:2.0wt%、ベンゾトリアゾール系金属不活性剤:0.5wt%、コハク酸ハーフエステル系防錆剤:0.5wt%、リン酸エステル系極圧添加剤:2.0wt%
2)PAO10:合成炭化水素油(Exxon Mobil社製、ポリアルファオレフィン油、100℃における動粘度:10mm2/s)
3)SEPS:スチレン‐(エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体
4)SEEPS:スチレン‐(エチレン‐エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体
5)アミン系酸化防止剤:2.0wt%、ベンゾトリアゾール系金属不活性剤:0.5wt%、コハク酸ハーフエステル系防錆剤:0.5wt%、リン酸エステル系極圧添加剤:2.0wt%
図12に示す回転式レオメータ70を使用して、実施例1〜18及び比較例1〜31の試料を用いてトルクを測定した。回転式レオメータ装置70は、トルクメータ71と、回転軸72を中心に回転する上部回転プレート73及び下部固定プレート74とから主に構成される。上部回転プレート73及び下部固定プレート74のプレート間のギャップGを0.5mmに設定して、プレート間に各実施例及び比較例の試料S(ゲル状潤滑剤)を挟み込み、25℃の環境に放置後、上部回転プレート73をせん断速度0.5s−1で回転させ、トルクを測定した。尚、上部回転プレート73及び下部固定プレート74は、直径20mmのものを用いた。
<粘着性 評価基準>
○:転がり軸受に適した粘着性を有する(トルクが、3.5mN・m未満)
△:転がり軸受に使用可能な粘着性を有する(トルクが、3.5mN・m以上、5mN・m未満)
×:転がり軸受に適した粘着性を有さない(トルクが、5mN・m以上)
実施例1〜18及び比較例1〜30の試料をビーカーに所定量入れ、温度60℃(±1℃)、相対湿度0%の環境下に168時間放置する恒温放置試験を行った。恒温放置試験後、分離したオイルを取り除いた後のゲル状潤滑剤の残分の質量を精密天秤で計測し、前後の質量差を分離したオイルの質量とした。分離したオイルの質量を恒温放置試験開始時のゲル状潤滑剤の質量で割ってオイル分離量(%)とした。恒温放置試験の温度は、一般的なピボットアッシー軸受の使用温度上限を考慮して60℃とした。
<オイル分離量 評価基準>
○:オイル分離量が、0.4%以上、6%未満
△:オイル分離量が、0.15%以上、0.4%未満、又は、6%以上、10%未満
×:オイル分離量が、0.15%未満、又は10%以上
(a)粘着性及び(b)オイル分離量の結果から、下記評価基準に従って、総合評価を行った。
○:(a)及び(b)の結果が○
△:(a)及び(b)の結果が○又は△、且つ(a)又は(b)の結果が△
×:(a)若しくは(b)の結果が×、又は(a)若しくは(b)において評価を行っていない。
実施例4、実施例9および実施例17のゲル状潤滑剤と、比較例31のウレアグリース系潤滑剤を転がり軸受に充填し、回転トルクを測定した。回転トルク測定に用いた転がり軸受は、ハードディスクのスイングアームのピボットアッシー軸受に使用される軸受であり、図1の転がり軸受11と同様の構造であった。まず、転がり軸受11の構成部品である保持器4の潤滑剤保持部44(図2参照)にゲル状潤滑剤を充填し、50℃において30分加熱して、オイルの初期滲み出しを行った。次に、2分程度の連続回転を行った。その後、速度0.1rpmで回転角度0度から30度まで回転させ、回転角度0〜30度における回転トルクを測定した。結果を図14(a)〜(d)に示す。
2 内輪(インナーレース)
3 ボール
4 保持器(リテーナ)
5 シール
6 軌道
9 シャフト(軸)
10,30 ピボットアッシー軸受
11 転がり軸受
12 第1の軸受
13 第2の軸受
14 スリーブ(外周部材)
15 スペーサ
20 スイングアーム
50 保持器(リテーナ)
41,51 環状部材
42,52 ポケット(凹部)
43,53 爪
44,54 潤滑剤保持部
55 外周壁
56 周囲壁
60 ゲル状潤滑剤
61 基台(ベースプレート)
62 スピンドルモータ
63 磁気ディスク
64 磁気ヘッド
100 ハードディスクドライブ
Claims (15)
- ゲル状潤滑剤であって、
エステル系合成油と合成炭化水素油とを質量比35:65〜75:25で含有する基油と、
2種類のスチレン系ブロック共重合体を含有するゲル化剤とを含み、
前記ゲル化剤が、前記ゲル状潤滑剤全量に対して1.5〜10質量%含まれていることを特徴とするゲル状潤滑剤。 - 前記2種類のスチレン系ブロック共重合体は、第1のスチレン系ブロック共重合体及び第2のスチレン系ブロック共重合体とから構成され、第1のスチレン系ブロック共重合体と、第2のスチレン系ブロック共重合体との質量比が、80:20〜20:80であることを特徴とする請求項1に記載のゲル状潤滑剤。
- 前記2種類のスチレン系ブロック共重合体は、スチレン‐(エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体、スチレン‐(エチレン‐エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体、スチレン‐(エチレン/プロピレン)ブロック共重合体、スチレン‐(エチレン/ブチレン)‐スチレンブロック共重合体、スチレン‐ブタジエン‐スチレンブロック共重合体及びスチレン‐イソプレン‐スチレンブロック共重合体からなる群から選ばれることを特徴とする請求項1又は2に記載のゲル状潤滑剤。
- 前記エステル系合成油が、トリオクチルトリメリテート、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル及びテトラオクチルピロメリテートからなる群から選択される少なくとも一種であり、前記合成炭化水素油が、ポリα‐オレフィン又は、アルキルナフタレンであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のゲル状潤滑剤。
- 前記基油は、前記エステル系合成油と前記合成炭化水素油とを質量比40:60〜70:30で含有し、前記ゲル化剤が、前記ゲル状潤滑剤全量に対して2〜9質量%含まれることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のゲル状潤滑剤。
- 前記2種類のスチレン系ブロック共重合体は、スチレン‐(エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体及びスチレン‐(エチレン‐エチレン/プロピレン)‐スチレンブロック共重合体であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のゲル状潤滑剤。
- 前記エステル系合成油が、トリオクチルトリメリテートであり、前記合成炭化水素油がポリα‐オレフィンであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のゲル状潤滑剤。
- 更に、極圧添加剤を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載のゲル状潤滑剤。
- 増ちょう剤を含まないことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載のゲル状潤滑剤。
- 転がり軸受であって、
外輪と、
前記外輪の内周側に前記外輪と同軸状に配置された内輪と、
前記外輪と前記内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、
前記外輪と前記内輪との間に充填される請求項1〜9のいずれか一項に記載のゲル状潤滑剤を含むことを特徴とする転がり軸受。 - 前記保持器は、前記転動体を収容する複数のポケットが形成され、隣接する前記ポケットの間に、前記ゲル状潤滑剤を保持する潤滑剤保持部を有することを特徴とする請求項10に記載の転がり軸受。
- 前記潤滑剤保持部には、凹部又は凸部が設けられていることを特徴とする請求項11に記載の転がり軸受。
- 前記潤滑剤保持部の周囲に、周囲壁が設けられていることを特徴とする請求項11又は12に記載の転がり軸受。
- 請求項10〜13のいず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。
- 請求項14のピボットアッシー軸受を備えたハードディスクドライブ。
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