JP2014031458A - 潤滑剤組成物、及びハードディスクドライブスイングアーム用軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部の異常発熱を起因としたグリース劣化物の堆積による軸受トルク上昇を解決することを課題とする。
【解決手段】芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤としてウレア化合物を配合してなることを特徴とするハードディスクドライブスイングアーム用転がり軸受に用いる潤滑剤組成物、及び軸方向一端部にフランジ部を有する軸部材と、内輪と、外輪と、該内輪及び外輪間に配置される複数の転動体を備え、軸部材の周囲に並列に配置される一対の軸受とを有し、上述の潤滑剤組成物を封入してなるハードディスクドライブスイングアーム用軸受ユニットを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、潤滑剤組成物、及びこの潤滑剤組成物を封入した軸受、特にハードディスクドライブ装置（以下「ＨＤＤ」と称する）の構成部品であるアクチュエータ（特にスイングアーム）に組込まれるＨＤＤスイングアーム用転がり軸受、または前記転がり軸受をハウジングに収容してユニット化したＨＤＤスイングアーム用転がり軸受ユニットに関する。

従来、図１（ａ）〜（ｃ）は、ハードディスクドライブ（Ｈａｒｄ
Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ（以下、ＨＤＤとも言う））の概略構成を一例として示している。当該ＨＤＤは、情報（データ）を記録する磁気ディスク（ハードディスク）２と、当該磁気ディスク２を回転させるスピンドルモータ４と、先端部に磁気ヘッド６が取り付けられたアクチュエータとしてのスイングアーム８と、当該スイングアーム８の基端部に設けられ、スイングアーム８を回転駆動させるボイスコイル９とを備えている。

スイングアーム８は、軸受ユニット１０を介してＨＤＤのベースＢｓ上に回転可能に支持されており、ボイスコイル９によって回転駆動された際、回転状態の磁気ディスク２に対して磁気ヘッド６を平行移動（トレース）させる。これにより、ＨＤＤにおいて、磁気ヘッド６を介して磁気ディスク２から情報を読み取ること、あるいは磁気ディスク２へ情報を書き込むこと（記録すること）ができる。

軸受ユニット１０には、ＨＤＤのベースＢｓに固定された軸１２と、スイングアーム８が外装されるスリーブ１８と、これらの軸１２とスリーブ１８との間に介在された軸受１４、１６が備えられている。

また、軸受１４、１６には、相対回転可能に対向して配置された一対の軌道輪として、内輪１４ａ、１６ａ及び外輪１４ｂ、１６ｂと、当該軌道輪の間に転動自在に組み込まれた複数の転動体としての玉１４ｃ、１６ｃと、当該玉１４ｃ、１６ｃを１つずつ回転自在に保持する保持器１４ｄ、１６ｄが備えられている。

そして、かかる軸受１４、１６は、内輪１４ａ、１６ａが軸１２に外嵌されているとともに、外輪１４ｂ、１６ｂがスリーブ１８に内嵌された状態で、当該スリーブ１８に装着されたスイングアーム８を回動自在に支持している。通常、軸受１４，１６は内径４ｍｍ〜７ｍｍ、外径７ｍｍ〜１１ｍｍ、幅１ｍｍ〜３．５ｍｍ（、玉径０．６ｍｍ〜１．２ｍｍ）のものである。

近年、HDD内部の磁気ヘッドと磁気ディスクはそのクリアランスが数nmまで狭まってきており、磁気ディスク表面に僅かな油が付着するだけでも磁気ヘッドと干渉を起こし、エラーの原因となる。そのため、HDD内部はクリーン環境が要求され、
当該ＨＤＤ装置に用いられる軸受には、よりクリーンな性能（低アウトガス）や清浄度の向上（低アウトパーティクル）が要求されている。この場合、アウトガスやアウトパーティクルは、軸受ユニットの軸受内部の様々な箇所から様々な要因で発生するため、従来から種々の対策が試みられている。

例えば、特許文献１には、軸受内部に封入される潤滑剤（例えば、グリース、油）の組成を改良した転がり軸受が提案されている。即ち、軸受内部に導電性を有する潤滑剤を封入することにより、当該潤滑剤の帯電を防ぎ、それにより、当該潤滑剤の微細化を抑制することで、クリーン環境への油分の飛散を防止し、これにより、当該クリーン環境下における低アウトガスや低アウトパーティクルが図られている。

また、ＨＤＤの小型化、省電力化は近年に急速に進められており、それに伴い読取ヘッドを動かすためにボイスコイルモータに供給される電力も、低電圧、低電流化されている。これらのＨＤＤの開発環境を併せて考えると、スイングアームはより小さな力で、短時間のうちに必要な距離だけ動作できるよう、入力信号に対する応答性を高める必要がある。

スイングアームの応答性には、スイングアームの回転軸としてアームを支持するピボット軸受ユニットの性能が大きく影響する。例えば、軸受の回転トルクによってアームを動かすために必要な力が変わるため、軸受の回転トルクの低減により応答性を改善することができる。特許文献２では、転動体径と保持器ポケット径を設定することで、微小な揺動範囲での回転トルクの低減による応答性を改善することが記載されている。

特開２００７−１３９０８９号公報 特開２００７−２８５４６３号公報

しかしながら、軸受を一定範囲で繰り返し揺動させた場合に、折り返しの瞬間には一時的に速度がゼロとなることから、グリースの油膜が形成されにくく、軌道輪と転動体が局所的に油膜を介せず接触してしまうので、軸受内部は発熱が大きくなる。発熱によりグリースの劣化が促進され、グリースの含有成分が酸化物などの形で析出する。揺動の折り返し地点にこのような析出物がグリースの劣化物として堆積し、回転トルクが上昇してしまい、ＨＤＤの動作を阻害するという問題があった。

そこで、本発明の第１の発明は、異常発熱を起因としたグリース劣化物の堆積による軸受トルク上昇を解決する為に、芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤としてウレア化合物を配合してなることを特徴とするハードディスクドライブスイングアーム用転がり軸受に用いる潤滑剤組成物を提供している。
本発明の第２の発明は、軸方向一端部にフランジ部を有する軸部材と、内輪と、外輪と、該内輪及び外輪間に配置される複数の転動体を備え、軸部材の周囲に並列に配置される一対の軸受とを有し、上記の潤滑剤組成物を封入してなることを特徴とするハードディスクドライブスイングアーム用軸受ユニットを提供している。

第１の発明に係る潤滑剤組成物は、グリースの劣化に起因する析出物を発生させにくい成分としている為、軸受の回転トルク上昇を抑制できる。
第２の発明に係る軸受ユニットは、上記の潤滑剤組成物を利用することで、軸受の揺動時でもグリース油膜が確実に転動体と軌道輪の間に形成され、軸受が発熱しにくくなるので、回転トルクの上昇を抑制できる。

（ａ）は、ＨＤＤの全体構成を概略示す断面図、（ｂ）は、ＨＤＤの全体構成を示す平面図、（ｃ）は、軸受ユニットを示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るＨＤＤスイングアーム用軸受ユニットを示す断面図である。 本発明の軸受を一定時間揺動させた後の電流測定値である。 従来品の軸受を一定時間揺動させた後の電流測定値である。 本発明品と従来品の動作電流測定値の経時変化を示す図である。

まず、本発明に係るハードディスクスイングアーム用ピボット軸受ユニットの一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図２に示すように、軸受ユニット１０は、軸方向一端部にフランジ部１２ａを有する軸部材１２と、軸部材１２と同心に配置されるハウジングとしてのスリーブ（図１参照。）１８と、軸部材１２とスリーブ１８との間で、並列に配置される一対の軸受１４，１６と、を有する。

一対の軸受１４，１６は、内輪１４ａ、１６ａと、外輪１４ｂ、１６ｂと、該内輪１４ａ、１６ａ及び外輪１４ｂ、１６ｂ間に配置される複数の玉（転動体）１４ｃ、１６ｃと、該複数の玉１４ｃ、１６ｃをそれぞれ保持する保持器１４ｄ、１６ｄと、該外輪１４ｂ、１６ｂの軸方向両端部に形成された環状溝１４ｂ１，１６ｂ１に取り付けられる非接触型のシールド部材１４ｅ、１６ｅと、をそれぞれ備える。

また、転がり軸受１４、１６の外輪１４ｂ、１６ｂ間には、環状の間座２０が介在している。これにより、軸受１４、１６が所定の予圧を付与された状態で所定位置に位置決め固定され、ガタつくこと無く安定して回転可能な状態となり、スイングアーム８を応答性良くスムーズ回転させることができる。

軸部材１２の軸方向他端側には、軸方向内側面２２ａが一方の軸受１４の外輪１４ｂの軸方向端面と対向するように半方向に延出するシールドキャップ２２が取り付けられている。

また、図示していないが、本実施形態のピボット軸受ユニット１０は、図３（ｃ）に示す従来のピポット軸受ユニットと同様に、ハウジング１８を間座２０と外輪１４ｂ、１６ｂを覆うように、間座２０と外輪１４ｂ、１６ｂそれぞれの外径面に形成されている。

次に、本実施形態の潤滑用グリースＧ及びグリースを封入した軸受ユニットのトルク上昇抑制効果を証明する実験について説明する。

グリースＧは、芳香族エステル油を含有する基油を利用し、ウレア化合物の増ちょう剤を利用する。芳香族エステル油としては、トリメリット酸エステル油又はピロメリット酸エステル油を採用してよい。

［確認試験］
外径８ｍｍ、内径５ｍｍ、幅２．５ｍｍ、玉径０．８ｍｍ、玉数１３個の軸受１４、１６を利用した軸受ユニット１０をスイングアームに取付け、加速の為環境温度を８０℃に設定し、一定範囲内でランダムな幅を取りながら１００Ｈｚでスイングアームを揺動させた。そして、一定時間ごとに上記試験範囲の全範囲を往復させ、スイングアームを動かすための電流値（ｍＡ）を測定してトルクとしている。揺動耐久試験の結果を以下に示す。

図３、芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤としてウレア化合物を配合してなるグリースを使用した本発明の軸受ユニットを試験対象としている。図４、鉱油、ポリ
−α−オレフィン (poly-α-olefin, ＰＡＯ)を基油とするグリースを採用する従来品の軸受ユニットを試験対象としている。図３、４は軸受を軸とするスイングアームを一定時間に揺動させ後の、動作電流値を測定する。軸受のトルクは動作電流に正比例とするので、動作電流値で軸受トルクを評価する。横軸は揺動の角度であり、縦軸はスイングアームを動かす動作に必要な電流の測定値である。縦軸の電流測定値とは、スイングアームのコイルに電流を流すことで磁力を発生させ、軸受を軸としてスイングアームを揺動させる為の動作電流のことである。また、スイングアームを動かす方向によって負荷電流の正負が反転する為、トルクは電流の絶対値で評価している。
図４、鉱油、ポリ −α−オレフィン (poly-α-olefin, ＰＡＯ)を基油とするグリースを採用する従来品の軸受ユニットでは揺動耐久試験の後、揺動範囲の両端でトルクが大きく上昇した結果に対して、図３、芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤としてウレア化合物を配合してなるグリースを使用した軸受ユニットではトルク上昇が殆どみられず、耐久性の改善が確認できた。

更に、電流測定値の経時変化を図４に示す。上述のように、軸受のトルクは動作電流に正比例とするので、動作電流値で軸受トルクを評価する。５４時間経過以降の値を評価してみると、上記の従来品軸受ユニットでは、時間経過につれ、トルクの上昇が顕著であるが、本発明の軸受ユニットでは、トルク上昇が緩やかで、上昇幅が非常に小さく、トルクの上昇が改善された。

上記の確認試験結果により、本実施形態のグリースは、グリースの劣化に伴う析出物の発生を抑制し、揺動範囲の両端にグリース劣化物が堆積することを防ぐことで、回転トルクの上昇を抑制できる。

なお、本発明の軸受ユニットは、本実施形態の軸受ユニット構造に限定しない。従来構造のＨＤＤスイングアーム用軸受ユニットの構造にしてもよい。

１０ 軸受ユニット
１４、１６ 軸受
１４ａ、１６ａ 内輪
１４ｂ、１６ｂ 外輪
１４ｃ、１６ｃ 玉（転動体）
１４ｄ、１６ｄ 保持器
１４ｅ、１６ｅ シールド部材
１８ スリーブ（ハウジング）
２２ シールドキャップ

Claims (2)

1. 芳香族エステル油を含有する基油に、増ちょう剤としてウレア化合物を配合してなることを特徴とするハードディスクドライブスイングアーム用転がり軸受に用いる潤滑剤組成物。
2. 軸方向一端部にフランジ部を有する軸部材と、
   内輪と、外輪と、該内輪及び外輪間に配置される複数の転動体を備え、前記軸部材の周囲に並列に配置される一対の軸受とを有し、
   前記請求項１に記載の潤滑剤組成物を封入してなることを特徴とするハードディスクドライブスイングアーム用軸受ユニット。

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