JP2014164774A - 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】作動環境を無酸素の環境に変更したハードディスクドライブ（ＨＤＤ）で、無酸素の環境に適した低コストの軸受ユニットを提供する。
【解決手段】無酸素環境下に使用される軸受ユニット１０は、軸部材１２と、内輪１４ａ，１６ａと、外輪１４ｂ，１６ｂと、該内輪及び外輪間に配置される複数の転動体１４ｃ，１６ｃから構成され、軸部材の周囲に並列に配置される２つ以上の軸受１４，１６とを有し、軸部材及び前記軸受の内輪、外輪、転動体は、高炭素クロム軸受鋼の材質を採用す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。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハードディスクドライブ装置（以下「ＨＤＤ」と称する）の構成部品であるスイングアームに組み込まれた転がり軸受装置に関するものである。

近年、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）は、高容量化に伴う部品の微細化、磁気ディスクの高密度化などにより、ＨＤＤ内部の清浄度を高く保つことが要求されている。部品表面の僅かな汚染でもＨＤＤの機能が阻害されるため、ＨＤＤ内部ではオイルの飛散、ガスの発生などを極力防止する必要がある。

ＨＤＤのスイングアーム部を支持するため、複数の転がり玉軸受を使用したピボット軸受ユニットが使用されている。しかし、ＨＤＤ内部は上記のようにガス、オイルの発生を極力避ける必要がある。一般的に軸受に塗布されるような防錆油はこれらの汚染の発生源となるため、その使用を避け、錆びの発生しにくい、且つ防錆油を塗布する必要のない、ステンレス鋼製の軸受が使用されている。しかし、ステンレス鋼は防錆の必要がない反面、軸受鋼に比べ高精度の加工が難しい、コストが高い等の問題があった。

上記の問題点を改善する為に、特許文献１には、転動体のみを軸受鋼で作製し、内外輪をステンレス鋼とすることで、防錆油の塗布が不要となり、加工精度を高めることが開示されている。しかし、軸受の体積の大部分を占める内外輪はステンレス鋼なので、高コストの問題が依然として存在する。更に、取り付け容易性を図る為に軸やハウジング等の部品を軸受とユニット化した場合、ハウジング、軸などの部品が加わり、ステンレス鋼で構成すると、コストへの影響はもっと大きい。

近年の動向としては、ＨＤＤのメディア流体抵抗を下げる為に、例えば特許文献２のように、ＨＤＤ内部にヘリウムのような低密度気体を充填し、いわゆる空気より密度の低い気体の充填が提案されている。

特許文献２のように低密度気体を充填する結果、高速で運動する部品の安定性を高めるとともに、ＨＤＤ内部では酸素が含まれず、ヘリウムを代表とする質量の少ない気体で占められることになる。

特開平０６−１１７４３９号公報 特開２００６−０４０４２３号公報

しかしながら、上記の特許文献２のようにＨＤＤの作動環境を無酸素の環境に変更したＨＤＤ装置では、基本的に錆が発生しない為、軸受の材質をステンレス鋼とする必要がなくなる。ステンレス鋼は、錆防止の面に優れるが、研削しにくく、且つより高価である。ＨＤＤの作動環境の変化及び生産コストを考慮すると、それより適切な材質を選定する必要があった。そこで、本発明は、上記従来の問題点を解決する為に、無酸素で使用されるＨＤＤに適した低コストの軸受ユニットを提供することを目的とする。

（１）本発明の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は、無酸素環境下に使用される軸受ユニットにおいて、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から構成され、軸部材の周囲に並列に配置される２つ以上の軸受とを有し、軸部材及び前記軸受の内輪、外輪、転動体は、高炭素クロム軸受鋼の材質を採用することを特徴とする。
（２）上記の無酸素環境は、ヘリウム又は窒素をハードディスク内に充填する環境であることを特徴とする。
（３）軸受の外輪に外嵌するハウジングをさらに備える場合、ハウジングも同様に高炭素クロム軸受鋼を採用することを特徴とする。
（４）軸受同士の間に間座が配置される場合、間座も同様に高炭素クロム軸受鋼を採用することを特徴とする。

低密度気体を注入されたＨＤＤに対しては、転動体、内外輪の全てを軸受鋼で構成し、更に防錆油塗布のない軸受を提供することで、ＨＤＤ内部のクリーン環境に悪影響を与えることなく、ステンレス鋼で製作される軸受に対し、加工精度を高め、コストを下げることができる。更に、従来にステンレス鋼で製作される、ピボット軸受ユニットのシャフト、ハウジング、間座などの各部品も軸受鋼で製作することで更なるコストダウンが可能となる。

（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。 （ａ）は、図２のＩＩ部拡大図であり、（ｂ）は、図２のＩＩ´部拡大図である。

＜第１の実施形態＞
図１（ａ）〜（ｃ）は、ＨＤＤ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２（ハードディスク）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と言う）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。軸受１４、１６は接着又はほかの一般的な取付方法で軸１２及びスリーブ１８とを固定する。固定の際に、予め軸受１４、１６に予圧を付与することができ、これにより、一体化構造となっている軸受ユニット１０は、スイングアームに取付ける際に、軸受１４、１６それぞれに予圧を調整することや、軸１２、スリーブ１８と軸受１４、１６の固定等煩雑な作業が不要となり、軸受の取付・交換が容易となる。

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。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〜５ｍｍ（玉径０．６ｍｍ〜１．２ｍｍ）のものである。

なお、本実施形態のＨＤＤは内部に酸素を含まず、不活性気体であるヘリウムを充填している。ヘリウムを充填することにより、ＨＤＤ内部の気体密度を下げることできるので、高速回転するメディアの流体抵抗を下げるとともに、スイングアームに取付ける軸受ユニット１０には錆を出なくなり、防錆油を塗布する必要がなくなる。

次に軸受ユニット１０の軸受１４、１６、軸部材１２、スリーブ１８の材質について説明する。本実施形態では、軸受１４、１６の内輪１４ａ、１６ａ及び外輪１４ｂ、１６ｂ、玉１４ｃ、１６ｃはすべて高炭素クロム軸受鋼を採用する。また、軸部材１２、スリーブ１８も高炭素クロム軸受鋼を採用する。高炭素クロム軸受鋼としてはＳＵＪ２を採用することが好ましい。なお、軸受の損傷抑制や長寿命化を図る為に、高炭素クロム軸受鋼には表面処理を施すことができる。

上述のように、本実施形態のＨＤＤ内部にはヘリウムを充填できるほか、例えば窒素などの酸素より気体密度の低い気体を充填してもよい。このような使用環境下で、軸受の金属表面には酸化物や水酸化物が生成せず、錆を発生しにくい。軸受ユニット１０は高炭素クロム軸受鋼を採用しているので、ステンレス鋼より低価格の材料であり、コストを抑えることできる。
＜第２の実施形態＞

本発明の第２の実施形態に係る軸受ユニット１０は第１の実施形態と同様にＨＤＤに取付けるので、第１の実施形態と異なる軸受ユニット１０構造だけについて説明する。

ピボット軸受ユニット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。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、シールド部材１４ｅ，１６ｅは、環状溝１４ｂ１，１６ｂ１に取り付けられる取付け部１４ｅ１，１６ｅ１と、この取付け部１４ｅ１，１６ｅ１よりも軸方向外側、且つ径方向内側で、軸部材１２の中心軸ｘに対して略垂直方向に延びるリング部１４ｅ２，１６ｅ２と、環状溝１４ｂ１，１６ｂ１の軸方向外向き側面１４ｂ２，１６ｂ２に当接する取付け部１４ｅ１，１６ｅ１の底部１４ｅ３，１６ｅ３とリング部１４ｅ２，１６ｅ２との間を繋ぐ傾斜部１４ｅ４，１６ｅ４と、を備える。

なお、取付け部１４ｅ１，１６ｅ１は、本実施形態の形状の他、加締めによるカール形状や、スナップリングによって固定される形状であってもよい。

また、リング部１４ｅ２，１６ｅ２は、本実施形態では、軸部材１２の中心軸ｘに対して略垂直方向に延びる平板形状に形成されているが、内輪１４ａ、１６ａに向かって延びる形状であれば湾曲していてもよい。

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径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。

このシールドキャップ２２の軸方向内側面２２ａは、軸部材１２の中心軸ｘに対して略垂直方向に延びる第１キャップ平坦面２２ａ１と、第１キャップ平坦面２２ａ１よりも半径方向外側、且つ、軸方向外側で、略垂直方向に延びる第２キャップ平坦面２２ａ２と、第１及び第２キャップ平坦面２２ａ１，２２ａ２を繋ぐ、断面直線状の傾斜面であるキャップ段差面２２ａ３と、によって段付き形状に形成される。また、シールドキャップ２２は、軸方向外側面２２ｂも段付き形状に形成されており、具体的には、軸方向内側面２２ａのキャップ段差面２２ａ３が軸方向外側面２２ｂのキャップ段差面２２ｂ１より径方向外側に位置しており、径方向において両者のキャップ段付面２２ａ３，２２ｂ１の間の部分が肉厚に形成されている。なお、軸方向外側面２２ｂのキャップ段差面２２ｂ１以外の面も、軸部材１２の中心軸ｘに対して略垂直方向に沿った平面状に形成されている。

また、軸部材１２のフランジ部１２ａの軸方向内側面１２ｂは、軸部材１２の中心軸ｘに対して略垂直方向に延びる第１フランジ平坦面１２ｂ１と、第１フランジ平坦面１２ｂ１よりも半径方向外側、且つ、軸方向外側で、略垂直方向に延びる第２フランジ平坦面１２ｂ２と、第１及び第２フランジ平坦面１２ｂ１，１２ｂ２を繋ぐ、断面直線状の傾斜面であるフランジ段差面１２ｂ３と、によって、径方向外側で薄肉となるように段付き形状に形成されている。

本実施形態の軸受ユニット１０はシールドキャップ２２を備える構造となっているが、シールドキャップ２２を有しない形態にすることもできる。

本実施形態の軸受ユニット１０は第１の実施形態と同様な材質を採用するので、説明を省略する。

本発明の軸受ユニットは第１，２の実施形態の構造のものに限定せず、ＨＤＤのスイングアームに用いる軸受ユニットであれば本発明の権利範囲内にある。軸受ユニットの中の軸受の数も限定せず、複数（３つ以上）にしてもよい。

１０ ピボット軸受ユニット
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 非接触型シールド部材
１８ スリーブ（ハウジング）
２２ シールドキャップ
２２ａ 軸方向内側面
２２ａ１ 第１キャップ平坦面
２２ａ２ 第２キャップ平坦面
２２ａ３ キャップ段差面

Claims (4)

1. 無酸素環境下に使用される軸受ユニットにおいて、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から構成され、前記軸部材の周囲に並列に配置される２つ以上の軸受とを有し、前記軸部材及び前記軸受の内輪、外輪、転動体は、高炭素クロム軸受鋼の材質を採用す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。
2. 前記の無酸素環境は、ヘリウム又は窒素を前記ハードディスク内に充填する環境であ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。
3. 前記軸受の前記外輪に外嵌するハウジングをさらに備え、前記ハウジングとは高炭素クロム軸受鋼を採用すること前記ことを特徴とする請求項１に記載の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。
4. 前記軸受同士の間に間座が配置され、前記間座は高炭素クロム軸受鋼を採用することを特徴とする請求項２又は３に記載の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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