JP6858501B2 - グリース、転がり軸受、転がり軸受装置及び情報記録再生装置 - Google Patents
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Description
前記鉱油は、米国石油協会が定める基油カテゴリーでグループIIIに分類される精製鉱油を含むことが好ましい。
前記の鉱油よりも動粘度が高いPAOは、炭素数8〜12のα−オレフィンの多量体の混合物を含むことが好ましい。
前記PAOは、前記鉱油と動粘度が同じか又は低いPAOをさらに含むことが好ましい。
前記の鉱油よりも動粘度が低いPAOは、炭素数8〜12のα−オレフィンの多量体の混合物を含むことが好ましい。
本発明の転がり軸受では、転動体が配置されるボールポケットを有するリテーナをさらに有し、前記リテーナ上の前記ボールポケット以外の部分に前記グリースが保持されていることが好ましい。
本発明の転がり軸受装置は、シャフトと、本発明の転がり軸受と、を備える。
本発明の情報記録再生装置は、本発明の転がり軸受装置を備える。
本発明の転がり軸受、転がり軸受装置及び情報記録再生装置は、グリースの飛散量及びアウトガス量が低減されており、また低温においても安定して作動する。
本発明のグリースは、基油及び増ちょう剤を含む。
基油は、鉱油及びPAOを含む。
PAOは増ちょう剤や添加剤との親和性が低く、基油としてPAOのみを使用すると増ちょう剤や添加剤を均一に分散させにくく、それらの効果が充分に得られにくい。しかし、本発明のグリースでは鉱油をPAOと併用することで、基油と増ちょう剤や添加剤との親和性が良好になる。これにより基油中で形成される増ちょう剤のサイズのばらつきが抑えられ、またサイズも小型化できるとともに増ちょう剤の分散性が優れるため、トルク平滑性が優れる。そして添加剤の効果も充分に発揮される。
鉱油としては、基油として用いられる公知の鉱油を使用でき、例えば、ナフテン系鉱油、パラフィン系鉱油、水素化系鉱油、溶剤精製鉱油、高精製鉱油等が挙げられる。鉱油としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。例えば、動粘度の異なる複数の鉱油を混合し、目的の動粘度(平均動粘度)に調整したものを使用してもよい。
なお、動粘度の異なる複数の鉱油の混合物を使用する場合には、その混合物の動粘度を鉱油の動粘度とする。
本発明のグリースにおけるPAOは、鉱油よりも動粘度が高いPAO(以下、PAO(A)ともいう。)を含む。鉱油と、鉱油よりも動粘度の高いPAO(A)とが組み合わされることで、低温特性に優れたグリースとなる。
PAOの動粘度は、例えば、PAOを形成するα−オレフィンの重合度を調節することにより調節できる。
なお、PAO(A)として動粘度の異なる複数のPAOの混合物を使用する場合には、その混合物の動粘度をPAO(A)の動粘度とする。
なお、PAO(B)として動粘度の異なる複数のPAOの混合物を使用する場合には、その混合物の動粘度をPAO(B)の動粘度とする。
基油は、鉱油及びPAOに加えて、鉱油及びPAO以外の他の油成分を含んでもよい。他の油成分としては、例えば、エステル油等の合成油が挙げられる。他の油成分としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
増ちょう剤は、グリースを半固体状に保つ役割を果たす。
増ちょう剤としては、グリースに通常使用される公知の増ちょう剤を制限なく使用できる。増ちょう剤の具体例としては、例えば、ウレア化合物、リチウムセッケン等が挙げられる。なかでも、増ちょう剤としては、耐熱性に優れる点から、ウレア化合物であることが好ましく、1分子中に2個のウレア結合を有するジウレア化合物がより好ましい。
増ちょう剤としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明のグリースは、必要に応じて、基油及び増ちょう剤に加えて、基油及び増ちょう剤以外の他の成分を含んでもよい。他の成分としては、グリースに通常使用される公知の成分が使用でき、例えば、極圧剤、酸化防止剤、防錆剤、油性向上剤、金属不活性化剤等の添加剤が挙げられる。
極圧剤としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
防錆剤としては、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
本発明のグリースの総質量に対する基油の質量の割合は、75〜93質量%が好ましく、80〜90質量%がより好ましい。基油の割合が前記下限値以上であれば、転がり軸受の転動面等のグリースを必要とする面にグリース又は基油が供給されやすい。基油の割合が前記上限値以下であれば、グリースは半固形状であり、漏れにくく飛散しにくい。
本発明のグリースの総質量に対する酸化防止剤の質量の割合は、0.05〜4質量%が好ましく、0.2〜2質量%がより好ましい。
本発明のグリースの総質量に対する防錆剤の質量の割合は、0.2〜4質量%が好ましく、0.5〜2質量%がより好ましい。
本発明のグリースの用途としては、情報記録再生装置、電子機器製造装置における転がり軸受に用いられるグリースとして特に有用である。電子機器製造装置としては、例えば、半導体製造装置、液晶製造装置、プリント基板製造装置等が挙げられる。また、本発明のグリースは、リニヤガイド、ボールネジに封入されるグリースとして使用することもできる。
本発明の転がり軸受、転がり軸受装置及び情報記録再生装置は、本発明のグリースを用いる以外は公知の態様を採用できる。以下、本発明の転がり軸受、転がり軸受装置及び情報記録再生装置の一例を示して説明する。
本実施形態の情報記録再生装置1は、ディスク(磁気記録媒体)Dに対して垂直記録方式で書き込みを行う装置であって、図1に示すように、ディスクDと、スイングアーム2と、光導波路3と、レーザ光源4と、ヘッドジンバルアッセンブリ(HGA)5と、転がり軸受装置6と、アクチュエータ7と、スピンドルモータ(回転駆動部)8と、制御部9と、ハウジング10と、を備えている。
ハウジング10は、平面視四角形状の底部10aと、底部10aの周縁から立設する周壁部(不図示)と、周壁部の上部に着脱可能に固定され、開口部を塞ぐ蓋体(不図示)と、を備える。ハウジング10では、底部10a上における周壁部の内側に、各構成品が収容されるようになっている。図1では、便宜上、周壁部及び蓋体を省略している。
ハウジング10の材質は、特に限定されず、例えば、アルミニウム等の金属材料が挙げられる。
基部2aは、略直方体形状であり、転がり軸受装置6を囲うように転がり軸受装置6に回動可能に支持されている。
また、この例のスイングアーム2では、3枚のアーム部2bが、基部2aの高さ方向(垂直方向)に、各アーム部2bの間にディスクDが挟まれるように設けられている。つまり、アーム部2bとディスクDとが互いに高さ方向に交互に位置するように配置されており、アクチュエータ7の駆動によってアーム部2bがディスク面(ディスクDの表面)D1に平行な方向に移動するようになっている。
スライダ5bは近接場光発生素子を有している。レーザ光源4から光がスライダ5bに導かれた際に該近接場光発生素子から近接場光が発生される。該近接場光を利用することで、ディスクDに各種情報を記録したり、再生させたりすることができる。
近接場光発生素子は、例えば、光学的微小開口や、ナノメートルサイズに形成された突起部等により構成される。
転がり軸受装置6は、図2及び図3に示すように、シャフト20と、シャフト20の外側にシャフト20と同軸上に設置されたスリーブ21と、シャフト20とスリーブ21の間に設置された2つの転がり軸受22と、を備える。
シャフト20におけるハウジング10の底部10a側の部分には、本体部20aよりも拡径したフランジ部20bと、本体部20aよりも縮径した縮径部20cとが、基端に向かって順に設けられている。縮径部20cの外周面には雄ねじ20dが形成されている。ハウジング10の底部10aに設けられた穴10bにシャフト20の縮径部20cを挿入し、穴10bの内周面に形成された雌ねじ10cと縮径部20cの雄ねじ20dとを螺合することで、シャフト20がハウジング10の底部10aに立設される。このとき、フランジ部20bの下面がハウジング10の底部10aに接することで、シャフト20の高さ方向の位置決めがなされる。
スリーブ21は、シャフト20を径方向外側から囲むように、かつその内周面がシャフト20の外周面に対して所定間隔で離間するように設置されている。シャフト20の中心軸とスリーブ21の中心軸は一致するようになっている。
また、スリーブ21は、スイングアーム2の基部2aに形成された取付孔2e内に直接圧入されるか、波型に形成された金属リング等の弾性体を介して圧入されるか、又は接着嵌合されることで、スイングアーム2と一体的に組み合わされている。
転がり軸受装置6に備えられている2つ転がり軸受22は、同じものである。
転がり軸受22は、図3〜6に示すように、内輪30と、外輪31と、リテーナ32と、複数の転動体33と、2つのシールド板34と、を備える。
内輪30の内径は、シャフト20の挿入が可能な寸法とされる。本実施形態では、内輪30の内径は、シャフト20の外径よりも若干大きくなっている。内輪30の内側にシャフト20が挿し込まれ、接着剤等で内輪30がシャフト20に固定される。
なお、内輪30の内径は、シャフト20に設置できる範囲であれば、シャフト20の外径と同一か、若干小さくなっていてもよい。この場合は、内輪30にシャフト20が圧入固定される。
なお、転がり軸受22では、外輪31にシャフト20に対して軸方向に相対的に予圧が付与された状態で外輪31をスリーブ21に固定する、いわゆる外輪予圧を採用してもよい。
内輪30の材質としては、例えばステンレス等の金属材料が挙げられる。内輪30は、例えば鍛造や機械加工等により製造できる。
外輪31はスリーブ21の内側に固定されることで、内輪30の外側に、内輪30から離間した状態で設置される。内輪30と外輪31とは、それらの中心軸がともにシャフト20の中心軸と一致するように同軸上に設置される。
外輪31の材質としては、例えばステンレス等の金属材料が挙げられる。内輪30は、例えば鍛造や機械加工等により製造できる。
なお、爪部の対の数、すなわちボールポケットBの数は、7個には限定されず、6個以下であってもよく、8個以上であってもよい。
リテーナ32は、各々のボールポケットBにそれぞれ転動体33を転動可能に保持した状態で中心軸L2回りを回転できるようになっている。
リテーナ32の材質としては、特に限定されず、例えば、ポリアミド樹脂等の樹脂が挙げられる。
グリースポケットGを利用して転がり軸受22にグリース100を使用することで、グリース100の使用量を少なくすることができる。これにより、グリース量が過度となって転がり軸受22のトルクが増大することが抑制されやすくなり、またディスクDへの読み書きのために要求される充分なクリーン度が得られやすくなる。
転動体33の数は、この例では7個であるが、リテーナ32におけるボールポケットBの数に応じて決定すればよく、6個以下であってもよく、8個以上であってもよい。
転動体33の材質としては、例えば、軸受鋼等の金属材料が挙げられる。
情報記録再生装置1では、転がり軸受22におけるリテーナ32のグリースポケットGに本発明のグリース100を配置する。アクチュエータ7の駆動によってスイングアーム2が回動する際には、グリースポケットGに配置したグリース100が内輪30及び外輪31とリテーナ32の側面を通り、内輪30及び外輪31と転動体33の間に供給され、グリース100による潤滑効果が発揮される。
なお、この潤滑効果が得られている内輪30及び外輪31と転動体33の間に供給されるグリースの状態としては、グリースポケットGに配置されたグリースと同様な状態のグリース(増ちょう剤、基油、添加剤の混合物)の他に、このグリースポケットGに配置されたグリースから染み出した添加剤を含む基油の状態、そして、これに増ちょう剤が若干混ざった(グリースポケットGに配置されたグリースよりも増ちょう剤量が少ない)状態が考えられ、グリースポケットGに配置されたグリースと同様な状態のグリースが供給された状態となることは少ないと考えられる。
従来では、一般に、作動中にグリースの温度が上昇してアウトガス量が増加することを抑制する目的で、基油の動粘度は低く設定される。転動体は供給されたグリース又はそこから染み出した基油を押し退けるようにして進むが、このときにグリースのミスト状の飛散やアウトガスの発生が最も生じやすい。供給されたグリースには転動体の通過直後に転動体の進行方向に平行な轍が形成され、そして情報記録再生装置1で使用される軸受装置では転動体の往復運動の両端部にバンプが形成されるが、基油の動粘度が低かったりグリースのちょう度が高いと流動性が高いため、次の転動体が通過するまでに轍やバンプが消失し、転動体の通過部分が再びグリースや基油で満たされた状態となり易い。これにより、動作中に転動体が常にグリースや基油を押し退けるように進むことで、グリースや基油の飛散やアウトガスの発生が起きやすくなると考えられる。
以上のようなメカニズムから本発明のグリースは、転がり軸受の製造段階で内輪、外輪、転動体に塗布されないようにリテーナ上にのみ塗布(保持)されたグリースが、転がり軸受の動作時に転動面に徐々に行き渡り潤滑効果を発揮するタイプの転がり軸受に使用されるグリースとして特に効果を発揮するものである。従って、グリースがリテーナ上のボールポケット以外の部分に保持されていればよく、グリースの塗布位置はグリースポケットに限るものではない。
なお、本発明の転がり軸受、転がり軸受装置及び情報記録再生装置は、本発明のグリースを用いたものであればよく、前記したものには限定されない。
例えば、転がり軸受22、転がり軸受装置6を備える情報記録再生装置1は近接場光を利用するものであったが、本発明のグリースを用いた転がり軸受及び転がり軸受装置を備える一般的なHDDや光ディスクD装置等であってもよい。
また、転がり軸受における転動体は、円筒状のころであってもよい。
[動粘度]
鉱油、PAO及び基油の動粘度は、キヤノン−フェンスケ粘度計を用い、JIS K2283に準拠して40℃で測定した。
グリースの混和ちょう度は、JIS K 2220に規定される方法により測定した。まず、25℃に保ったグリースを規定の混和器で60回混和した。その直後のグリースで混和器の壺を満たし、混和器の淵をヘラですりきり、グリースを平らに均した。その上に規定の円錐形条のコーンを載せ、その自重によりコーンが5秒後に沈んだ距離に10を乗じた値として混和ちょう度を算出した。
実施例で使用した原料を以下に示す。
(鉱油)
X−1:精製鉱油(API基油カテゴリーでグループIIIに分類されるもの。動粘度:47mm2/s(40℃)、引火点240℃以上であるもの)。
X−2:精製鉱油(API基油カテゴリーでグループIIに分類されるもの。動粘度:52mm2/s(40℃))。
A−1:炭素数8〜12のα−オレフィンの多量体の混合物、動粘度:615mm2/s(40℃)。
B−1:1−デセンの多量体、動粘度:48mm2/s(40℃)。
B−2:炭素数8〜12のα−オレフィンの多量体の混合物、動粘度:30mm2/s(40℃)。
B−3:1−デセンの多量体、動粘度:52mm2/s(40℃)。
グリースの飛散量及びアウトガス量の評価として、以下のエアロゾル量を測定した。
図3〜6に例示した転がり軸受装置6のグリースポケットGには総量でグリース(2.1〜2.7mg)を配置した。この転がり軸受装置6を治具の密閉容器部に収納した。この状態で転がり軸受装置6は揺動操作が可能となっている。密閉容器部の転がり軸受装置6の回転軸線方向2か所には孔が設けられ、一方の孔からから転がり軸受装置6にエアーを送り込み、他方の孔にパーティクルカウンターを配置した状態で、転がり軸受装置6に対して50Hzで10度の揺動動作を10分行い、エアロゾル量を測定した。
JIS K 2220(Low Temparature Torque Test、ベアリング:6204)に準拠して0℃と−30℃において低温トルク試験を行い、起動トルク(初期トルク)と、起動後にトルクが安定した後の回転トルクとをそれぞれ測定した。
基油が入った試験管を46度まで予備加熱した後に冷却を行い、予想される流動点から10℃高い温度から計測を開始した。2.5℃下げるごとに試験管を冷却槽から取り出し、横に倒して測定した。基油が5秒間動かない場合に一つ前の測定温度、つまり流動性がなくなった温度から2.5℃高い温度を基油流動点(℃)として測定した。
耐摩耗試験として以下の高速四球試験とファフナー式の試験を行った。
具体的には、高速四球試験はASTM D2266に準拠するものであり、3個の鋼球を互いに接する状態で固定し、その上にグリースを塗布した。3個の鋼球の中央にさらに回転用鋼球を荷重392Nで加圧した。この状態で雰囲気温度を75℃とし、回転用鋼球を1200rpmで1時間回転させた。その後、3個の固定された鋼球の摩耗痕の径を夫々縦、及び横方向に測定した6つの径を平均し、0.01mmの桁で丸めて算出した。
ファフスナー試験(フレッチング試験)はASTM D4170に準拠するものである。2対のスラスト軸受を用意し、予め各々4枚の軌道盤の重量を測定した。軌道盤及び転動体をグリースで満たした2対のスラスト軸受に2450Nの予圧を掛け、室温下にて30Hz、12度の揺動動作を22時間実施した。試験後に、グリースをふき取った4枚の軌道盤の重量を測定し、重量損失を得た。この重量損失を平均し、0.1mgの桁で丸めて算出し結果を得た。
鉱油(X−1)と、PAO(A−1)と、PAO(B−1)とを、鉱油とPAOの質量比が3:7となるように混合し、基油(動粘度ν=72mm2/s(40℃))とした。PAO(A−1)とPAO(B−1)は、PAOの動粘度ν2が86mm2/s(40℃)となるように混合した。
次いで、前記基油と、増ちょう剤として脂環族ジウレア化合物を用いてグリース化し、酸化防止剤及び防錆剤、極圧剤を添加混合した。各成分の割合は、グリースの総質量(100質量%)に対して、基油が86.0質量%、増ちょう剤が12.5質量%、酸化防止剤が0.5質量%、防錆剤が1.0質量%、極圧剤1.0質量%であった。
鉱油とPAOの質量比を3:7に固定したまま、表1に示すように基油の組成を変更し、鉱油の動粘度ν1、PAOの動粘度ν2及び基油の動粘度νを調節した以外は、実施例1と同様にしてグリースを調製した。
鉱油とPAOの質量比を1:1とし、PAO(A−1)を使用せず、表1に示すように基油の組成を変更し、鉱油の動粘度ν1、PAOの動粘度ν2及び基油の動粘度νを調節した。また、極圧剤を添加しない以外は、実施例1と同様にしてグリースを調製した。
一方、PAO(A)を用いていない比較例1〜3では、エアロゾル量が多く、グリースの飛散量及びアウトガス量の低減が不十分であった。
2 スイングアーム
3 光導波路
4 レーザ光源
5 ヘッドジンバルアッセンブリ
6 転がり軸受装置
7 アクチュエータ
8 スピンドルモータ
9 制御部
10 ハウジング
20 シャフト
21 スリーブ
22 転がり軸受
30 内輪
31 外輪
32 リテーナ
33 転動体
34 シールド板
100 グリース
B ボールポケット
G グリースポケット
Claims (7)
- シャフトと、転がり軸受と、を有する転がり軸受装置を備え、
前記転がり軸受は、グリースを有し、
前記グリースは、基油及び増ちょう剤を含み、
前記基油は、鉱油及びポリ−α−オレフィンを含み、
前記ポリ−α−オレフィンの質量が前記鉱油の質量よりも多く、
前記ポリ−α−オレフィンが、前記鉱油よりも動粘度が高いポリ−α−オレフィンと、前記鉱油と動粘度が同じか又は低いポリ−α−オレフィンと、を含み、
前記鉱油の40℃における動粘度が40〜80mm 2 /sであり、
前記鉱油よりも動粘度が高いポリ−α−オレフィンの、40℃における動粘度が615〜650mm 2 /sであり、
前記鉱油と動粘度が同じか又は低いポリ−α−オレフィンの、40℃における動粘度が30〜70mm 2 /sであり、
前記ポリ−α−オレフィンの混合物の、40℃における動粘度が50〜120mm 2 /sであり、
前記基油の40℃における動粘度が40〜90mm 2 /sであり、
混和ちょう度が200〜250である、情報記録再生装置。 - 前記基油の総質量に対する前記鉱油の質量の割合が10〜40質量%である、請求項1に記載の情報記録再生装置。
- 前記鉱油は、米国石油協会が定める基油カテゴリーでグループIIIに分類される精製鉱油を含む、請求項1又は2に記載の情報記録再生装置。
- 前記の鉱油よりも動粘度が高いポリ−α−オレフィンが、炭素数8〜12のα−オレフィンの多量体の混合物を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の情報記録再生装置。
- ポリ−α−オレフィンの合計質量に対する前記鉱油よりも動粘度が高いポリ−α−オレフィンの質量の割合が、30〜60質量%である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の情報記録再生装置。
- 前記の鉱油よりも動粘度が低いポリ−α−オレフィンが、炭素数8〜12のα−オレフィンの多量体の混合物を含む、請求項5に記載の情報記録再生装置。
- 前記転がり軸受は、転動体が配置されるボールポケットを有するリテーナをさらに有し、前記リテーナ上の前記ボールポケット以外の部分に前記グリースが保持されている、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の情報記録再生装置。
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