CN103026084A

CN103026084A - 硬盘磁头臂驱动用滚动轴承

Info

Publication number: CN103026084A
Application number: CN2012800010572A
Authority: CN
Inventors: 七泽透; 坂上贤太郎; 堀内直人
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-07-27
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: CN105202015A; WO2013015291A1; US20130170776A1; CN103026084B; JPWO2013015291A1; WO2013014954A1

Abstract

本发明涉及一种能够减小HDD在驱动条件下磁头臂保持力随着经过时间导致的磁滞转矩变动、提高磁头臂的响应性的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承。该HDD磁头臂驱动用滚动轴承（14、16）具有：内圈（14a、16a）；外圈（14b、16b）；配置于该内圈（14a、16a）与外圈（14b、16b）之间的多个滚动体（14c、16c）；以及用于分别保持该多个滚动体（14c、16c）的保持架（14d、16d），其支承着设置于硬盘驱动器的磁头臂，使其能够自由摆动和转动。内圈（14a、16a）和外圈（14b、16b）的表面硬度为Hv 700以上且低于Hv 800，且上述滚动体的表面硬度为Hv 945以上且低于Hv 1060。

Description

硬盘磁头臂驱动用滚动轴承

技术领域

本发明涉及一种硬盘磁头臂驱动用滚动轴承，更具体而言，涉及一种通过抑制磁滞转矩（Torque Hysteresis）的变动提高了轴承所要求的响应性的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承。

背景技术

图3（a）～（c）表示硬盘驱动器（Hard Disc Drive，以下简称为HDD）的简要结构一例。该HDD具有：用于存储信息（数据）的磁盘（硬盘）2；使该磁盘2旋转的主轴马达4；以安装于前端部的磁头6作为致动器的磁头臂8；以及设置于该磁头臂8的基端部，驱动该磁头臂8旋转的音圈9。

磁头臂8借助枢轴轴承单元10被轴支在HDD的基座Bs上并能够转动，在利用音圈9驱动其旋转时，使磁头6相对于处于旋转状态的磁盘2平行移动（追踪）。由此，在HDD中，能够通过磁头6从磁盘2读取信息或向磁盘2写入信息（存储）。

枢轴轴承单元10中具有：竖立于HDD的基座Bs的轴（轴构件）12；外装有磁头臂8的套筒18；以及介于该轴12与套筒18之间的枢轴轴承（滚动轴承）14、16。

另外，枢轴轴承14、16具有：作为能够相对旋转且对置配置的一对套圈的内圈14a、16a以及外圈14b、16b；组装于该套圈之间，并能够自由滚动的作为多个滚动体的滚珠14c、16c；以及将该滚珠14c、16c把持为能够逐个自由旋转的保持架14d、16d。并且，在套圈之间，设有作为用于密封轴承内部的密封构件的非接触型防护罩（shield）14e、16e，由此，能够防止来自轴承外部的夹杂物（例如尘挨）的侵入，并能防止被密封于轴承内部的润滑脂组合物向轴承外部泄漏。

并且，该枢轴轴承14、16在内圈14a、16a外嵌于轴12上、且外圈14b、16b内嵌于套筒18中的状态下，支承着安装于该套筒18上的磁头臂8，使其能够自由转动。另外，在套筒18的内周部，以介于枢轴轴承14、16相互之间的方式嵌合有环状隔圈20。由此，枢轴承14、16在受到预定的预压的状态下定位固定于预定位置，形成为能够无晃动地稳定转动的状态，能够使磁头臂8以良好响应性顺畅转动。

另一方面，支承HDD数据读取头的磁头臂要求具有用于迅速且可靠地到达目标磁道的定位性能以及用于在高速旋转的盘上持续捕捉目标磁道的控制性能。随着HDD的高速化和高容量化，对这些性能的要求也逐年提高，因此需要更精密的定位、控制性能。另外，近年，随着HDD小型化和节能化的迅速发展，为了驱动读取头，向音圈马达供给的功率也随之变得低电压化和低电流化。同时考虑到这些HDD的开发环境，需要提高硬盘磁头臂相对于输入信号的响应性，使之能够以更小的力在短时间内进行恰好所需距离的动作。

作为磁头臂的旋转轴的支承着磁头臂的枢轴轴承单元的性能会对磁头臂的响应性产生较大影响。例如，为了利用轴承的转矩使磁头臂工作，会改变所需的力，因此，能够通过减少轴承的转矩来改善响应性。在专利文献1中，记载了通过设定滚动体直径和保持架兜孔直径，改善微小摆动范围内的转矩的降低所导致的响应性。

另外，在专利文献2中，记载了磁头臂所采用的滚珠轴承中，以抑制微振磨损和噪声、实现低转矩和低转矩变动为目的，滚珠材料使用高碳铬钢等金属、或陶瓷、超硬合金，使表面硬度大于Hv 900，优选为Hv 950以上的内容。

进而，在专利文献3中，记载了在HDD的主轴马达所采用的滚珠轴承中，以防止微振磨损的发生为目的，使内外圈的表面硬为Hv 720以上、滚珠的表面硬度为Hv 930以上且大于内外圈的表面硬度的内容。

专利文献1：日本特开2007-285463号公报

专利文献2：日本特开平11-101250号公报

专利文献3：日本特开2003-278767号公报

发明内容

发明要解决的课题

另一方面，驱动HDD一段时间后，会出现用于将读取头保持于某目标磁道的磁头臂的伺服控制所需的保持力产生变化（衰减）的问题。一旦保持力发生变化，就需要使伺服电流变化，因此，优选保持力始终恒定。该现象能够通过HDD的驱动测试来确认。即，通过使磁头臂在高速下往复运动，每隔一定时间就测量磁头臂的保持力来确认。尽管该问题的起因被认为是一定时间的高速摆动造成了致动器的磁滞转矩发生变化，但对该问题的明确的解决方法至今仍不明确。另外，在任何专利文献中，关于致动器的磁滞转矩都没有相关记载。

本发明鉴于上述课题而提出，其目的在于，提供一种能够减小HDD在驱动条件下磁头臂保持力随着经过时间导致的磁滞转矩变动、提高磁头臂的响应性的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承。

用于解决课题的手段

本发明的上述目的通过下述结构来达到。

（1）一种硬盘磁头臂驱动用滚动轴承，其特征在于，具有：内圈；外圈；配置于该内圈与外圈之间的多个滚动体；和用于分别把持上述多个滚动体的保持架，该滚动轴承支承着设置于硬盘驱动器的磁头臂，使该磁头臂能够自由摆动和转动，上述内圈和外圈的表面硬度为Hv700以上且低于Hv 800，且上述滚动体的表面硬度为Hv 945以上且低于Hv 1060。

（2）根据上述（1）所述的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承，其特征在于，上述内圈和外圈的表面硬度均为Hv 720～780，且上述滚动体的表面硬度为Hv 945～1050。

（3）根据上述（1）或（2）所述的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承，其特征在于，上述内圈、外圈以及滚动体分别由不锈钢或SUJ钢（高碳铬轴承钢）制成。

发明效果

根据本发明的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承，通过使上述内圈和外圈的表面硬度为Hv 700以上且小于Hv 800，并使上述滚动体的表面硬度为Hv 945以上且小于Hv 1060，能够减小HDD在驱动条件下磁头臂保持力随着经过时间导致的磁滞转矩变动、提高磁头臂的响应性。

附图说明

图1是表示具有本发明一个实施方式的HDD磁头臂用滚动轴承的枢轴轴承单元的剖视图。

图2是表示现有技术例和实施例3、11、17的磁滞（hysteresis）变化率的时效变化的曲线图。

图3（a）是简要表示HDD的整体结构的剖视图，（b）是表示HDD的整体结构的俯视图，（c）是表示枢轴轴承单元的半剖视图。

符号说明

10 枢轴轴承单元

14、16 滚动轴承

14a、16a 内圈

14b、16b 外圈

14c、16c 滚珠（滚动体）

14d、16d 保持架

14e、16e 非接触型防护罩

18 套筒

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明本发明的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承的一个实施方式。此外，适用本实施方式的滚动轴承的HDD的简要结构与图3（a）～（c）所示结构的HDD同样，在此，仅对枢轴轴承单元进行说明。

如图1所示，枢轴轴承单元10具有：轴向一端设有法兰部12a的轴构件12；和并列配置于轴构件12周围的一对滚动轴承14、16。

一对滚动轴承14、16分别具有：内圈14a、16a；外圈14b、16b；配置于该内圈14a、16a与外圈14b、16b之间的多个滚珠（滚动体）14c、16c；用于分别把持该多个滚珠14c、16c的保持架14d、16d；以及配置于该外圈轴向两端，作为密封构件的非接触型防护罩14e、16e。另外，在滚动轴承14、16的外圈14b、16b之间，设有环状隔圈20。

在此，在本实施方式中，内圈14a、16a、外圈14b、16b以及滚珠14c、16c的材质适合采用不锈钢或SUJ钢。例如，内圈14a、16a、外圈14b、16b以及滚珠14c、16c中至少其中之一由以质量%计含有C小于0.5%、Cr为8.0%以上且20.0%以下、Mn为0.1%以上且1.5%以下、Si为0.1%以上且2.0%以下、其余为Fe及不可避免的杂质元素的合金钢形成，且在该合金钢的表层部具有含有0.05质量%以上的N和小于0.5质量%的C的表面层，上述表面层中的N和C的含量以质量%计满足0.45%≤（C+N）≤1.5%的关系式。优选为上述合金钢中的C和Cr含量以质量%计满足0.04Cr%－0.39≤C%≤－0.05Cr%+1.41的关系式。

另外，作为其它不锈钢，内圈14a、16a、外圈14b、16b和滚珠14c、16c中的至少其中之一由以质量%计含有C为0.04%以上且0.8%以下、Si为1.0%以下、Mn为1.0%以下、P为0.1%以下、S为0.1%以下、Ni为0.5%以下、Cr为10.0%以上且18.0%以下、其余为Fe及不可避免的杂质元素的合金钢形成。

另外，作为SUJ钢，内圈14a、16a、外圈14b、16b和滚珠14c、16c中的至少其中之一由以质量%计含有C为0.95%以上且1.10%以下、Si为0.15%以上且0.35%以下、Mn为0.50%以下、P为0.03%以下、S为0.03%以下、Cr为1.20%以上且1.65%以下、其余为Fe及不可避免的杂质元素构成的合金钢（高碳铬轴承钢）形成。

并且，在本实施方式中，通过提高各构件的表面硬度，能够减小HDD在驱动条件下磁头臂保持力随着经过时间导致的磁滞转矩变动、提高磁头臂的响应性。具体而言，使内圈14a、16a和外圈14b、16b的表面硬度为Hv 700以上且小于Hv 800，优选为Hv 720～780；使滚珠14c、16c的表面硬度为Hv 945以上且小于Hv 1060，优选为Hv 945～1050。

此外，作为改变各构件的表面硬度的方法，除了改变材料淬火条件、对滚动体表面的喷丸硬化处理之外，还可举出改变钢种、使用陶瓷材料以及在构件表面以表面成膜剂成膜等。但是，由于当线膨胀系数、弹性模量等材料物性发生变化时，对HDD性能造成影响的可能性很高，因而，对当前使用的上述钢种实施了不影响其物性的表面硬度改性处理。

在此，将具有套圈和滚动体表面硬度各不相同的滚动轴承（现有例、参考例1～3以及实施例1～24）的各枢轴轴承单元装配于HDD，使其高速摆动，并进行了再现试验。

试验开始后，将1小时这一刻的滞环值设为100%，将此刻之后的变化率作为滞环下降率。此外，在此，所谓滞环值是指HDD内部的固定于枢轴轴承的磁头臂从内径侧移向外径侧以及从外径侧移向内径侧时保持磁头臂所需的力在方向性上的差异，并非轴承的转矩滞环其本身的值。

当出现滞环下降率超过50%这样的大幅度降低时，会对HDD的控制造成不良影响，因而优选滞环下降率值较低。在下述表1中，将经过16小时之际的上述滞环下降率超过50%的标记为“×”，将上述滞环下降率为50%以下但25%以上的标记为“△”，将上述滞环下降率为25%以下但10%以上的标记为“○”，将上述滞环下降率为10%以下的标记为“◎”。此外，在现有例、参考例1～3和实施例1～24中，除了改变套圈或滚动体的表面硬度以外，其它条件相同。另外，作为用于滚动轴承的润滑脂，使用了含有矿油和聚α-烯烃系合成润滑油（PAO）为基油、和尿素系增稠剂的润滑脂。

表1示出了现有例、参考例1～3以及实施例1～24中的套圈和滚动体的表面硬度、16小时后的滞环变化率、尺寸稳定性以及两构件综合后的综合判定。

表1

例如，在内外圈硬度为Hv 700、滚珠硬度为Hv 920的标准滚珠轴承（现有例）中，滞环变化率的时效变动大，其下降率超过了50%。另外，在内外圈的硬度为Hv 750、滚珠硬度为Hv 1050的本发明滚珠轴承（实施例17）中，滞环变化率的时效变动非常小，其下降率在10%以内。另外，在内外圈的硬度为Hv 750、滚珠的硬度为Hv 920的本发明滚珠轴承（实施例11）中，滞环变化率的时效变动小于标准滚珠轴承，其下降率在30%以内。进而，在内外圈的硬度为Hv 700、滚珠的硬度为Hv 1050的本发明滚珠轴承（实施例3）中，滞环的时效变化小于标准滚珠轴承，其下降率在20%以内。此外，图2是表示这些现有例（标准试样）、实施例3（硬质滚珠）、实施例11（硬质套圈）和实施例17（硬质套圈和硬质滚珠）的滞环变化率的时效变化曲线图。

因此，由上述结果能够确认：对于将枢轴轴承组装于HDD之后进行测量的滞环值，通过改变套圈、滚珠的表面硬度，能够降低该时效变化。并且可知：尽管改变套圈或滚珠其中之一的硬度也能降低变化率，但对滚珠的影响更大，而且通过改变两者，能够进一步增大效果。

此外，存在通过将淬火温度变得更高来提升硬度的方法，但是，当淬火温度上升到超过必要温度时，硬度提高的同时，残余奥氏体（γR）也提高，会对尺寸稳定性造成不良影响，因此，优选在不对轴承的其它性能造成影响的范围内设定硬度上限值。（参照参考例1～3）

另外，为了确认基于硬度改变的滞环下降率与轴承的转矩的绝对值之间的相关性，使用了上述的现有例和实施例3、11、17，并且改变实施例17的滚珠轴承的预压，进行确认。其结果示于表2中。

表2

因此，从表2的结果能够确认：转矩值与滞环下降率没有相关性。

此外，本发明并不限于上述实施方式，也可进行适当的变形和改良等。

例如，滚动轴承14、16并不特别限于图示结构，也可根据HDD的使用目的或使用条件等而设计成任意结构。另外，上述例中，轴构件12被设置为轴心部沿着延伸方向贯通的中空结构，但也可设为实心结构。

本发明是基于2011年7月27日提出的日本专利申请（特愿2011-164758）以及2012年1月27日提出的国际申请（PCT/JP2012/051848）而提出，在此将其内容作为参照引入。

Claims

1.一种硬盘磁头臂驱动用滚动轴承，其特征在于，具有：

内圈、外圈、配置在所述内圈和外圈之间的多个滚动体、和分别把持所述多个滚动体的保持架，

所述硬盘磁头臂驱动用滚动轴承支承着设于硬盘驱动器的磁头臂，且所述硬盘磁头臂能够自由摆动和转动，

所述内圈和所述外圈的表面硬度分别为Hv 700以上、低于800，所述滚动体的表面硬度为Hv 945以上、低于1060。

2.根据权利要求1所述的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承，其特征在于，

所述内圈和所述外圈的表面硬度为Hv 720～780，所述滚动体的表面硬度为Hv 945～1050。

3.根据权利要求1或2所述的硬盘磁头臂驱动用滚动轴承，其特征在于，

所述内圈、所述外圈和所述滚动体分别由不锈钢或SUJ钢制成。