CN106151250A - 枢轴轴承装置以及使用该装置的磁记录装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种枢轴轴承装置(13)以及使用该装置的磁记录装置。枢轴轴承装置(13)具有轴(21)和与轴(21)轴向配置且其内圈(27)固定于轴(21)的多个滚珠轴承(20)，借助轴承定位圈(12)将外圈(25)固定于磁头臂(16)的固定孔(18)，并围绕轴摆动，球轴承(20)的滚珠数与轴承定位圈(12)的用于按压外圈(25)的齿数呈互质关系。由此，能够以低成本实现结构简单、精度高、可靠性高的枢轴轴承装置，并由此实现可靠性高的高密度磁记录装置。

Description

枢轴轴承装置以及使用该装置的磁记录装置

技术领域

本发明涉及一种低扭矩、低扭矩变动下也能实现高精度摆动的枢轴轴承装置以及使用该装置的磁记录装置。

背景技术

以往，这种枢轴轴承装置将多个球轴承相对于与其内圈相对应的轴沿轴向(串列)配置，从而能够实现以轴为中心的高精度低扭矩摆动。另一方面，在磁记录装置、特别是硬盘装置(以下简称为HDD)中，枢轴轴承装置多被用作摇磁头臂(摆动)型磁头存取(access)机构的轴承。随着HDD中的单面记录密度的不断提高，通过线存储密度和磁道密度的提高，单面记录密度将达到lTbpsi(l Tera Bit Per Square Inch)。为此，对微小定位的精度要求也在提高，日益要求枢轴轴承的精度提高。

在专利文献1中，通过将用于构成枢轴轴承的两组轴承中的一组的内圈构成枢轴的轴，能够削减构件数目，并能够抑制扭矩变动。另外，其还公开了HDD的磁头臂和枢轴轴承借助轴承定位圈来固定。并公开了通过将轴承定位圈配置于磁头臂的孔和枢轴轴承的间隙中，利用压缩产生反作用力，能够将枢轴轴承弹性支承于磁头臂的孔。另外，在专利文献2中，公开了在利用轴承定位圈将枢轴轴承固定于磁头臂孔中时，轴承定位圈的突起部分(Projection)发生塑性变形，由此降低作用于枢轴轴承的外圈的应力，降低随着外圈变形而产生的影响，并且获得拔出力的提高。而且，还公开了能够相对于磁头臂的孔和枢轴轴承的外径之间的间隙的误差提高容许范围，能够防止在安装有枢轴轴承状态下的扭矩上升。

专利文献

专利文献1：日本特开2002-106554号公报(第4页第[0024]～[0026]段，图5、图7)

专利文献2：美国专利申请公开2008/0199254号说明书(第1页第[0012]～[0014]段，图2、图9)

发明内容

发明要解决的课题

但是，在专利文献1所公开的枢轴轴承中，需要在轴的一部分上形成供滚珠滚动的滚动槽，从轴承性能的角度考虑，由于材质选择方面缺乏自由度，加工与通常的球轴承的工艺不同，因而造成生产率的降低和价格的上升。

另一方面，在专利文献2所公开的利用轴承定位圈实现对枢轴轴承的组装中，为使磁头臂的孔与枢轴轴承的连接牢固，需要在轴承定位圈与枢轴轴承的外圈之间施加更高的表面压力。由此，使得枢轴轴承的外圈的变形增大，滚珠的滚动槽发生变形，导致扭矩的上升和旋转精度的降低。由此，将引发HDD等记录再现装置的存取速度或停止位置的精度的降低，从而成为使作为记录再现装置的性能降低的主要原因。

本发明就是用于解决上述现有技术的课题，其能够以低成本实现结构简单、精度高、可靠性高的枢轴轴承装置，由此提供高可靠性的高密度磁记录装置。

解决课题的手段

本发明为了实现上述目的，提供一种枢轴轴承装置，其具有轴和多个球轴承，上述多个球轴承相对于该轴沿轴向并列配置，且其内圈固定于上述轴，借助轴承定位圈，将上述球轴承的外圈固定于磁头臂的固定孔，并围绕上述轴摆动，其特征在于，上述球轴承的滚珠数与上述轴承定位圈的按压上述外圈的齿数存在互质关系。根据该结构，当外圈由简单环形构成时，将会因轴承定位圈的应力而变形，因此，变形为与轴承定位圈的齿数的数目相同的多边形。对球轴承施加预压力，内圈滚道面和外圈滚道面与滚珠接触，内圈内径部利用插入固定的轴而提高其刚性。为此，在外圈中，相对于圆周方向的存在滚珠和不存在滚珠的位置，半径方向的刚性将发生很大变化。即，外圈具有与存在于圆周方向上的滚珠数目相对应的刚性反复变化的特性。因此，外圈的变形成为与外部应力的大小、即轴承定位圈的齿数相对应的多边形，刚性随着滚珠数目而反复变化。如果将轴承定位圈的齿数设为m、滚珠数设为n，则外圈的滚道槽的变形被认为是外圈变形本身，被认为变形为m和n的最小公倍数也即L.C.M.(m、n)的多边形。

进而，由于m与n呈互质关系，因此，L.C.M.(m、n)＝m×n边形，能够使外观上接近正圆，减少外圈的滚道槽的变形，并能够防止枢轴轴承装置的特性发生劣化。

另外，本发明的特征在于，上述轴承定位圈的用于按压上述外圈的齿沿圆周方向等间隔地配置。根据该结构，如上所述，能够使外圈发生变形时的多边形变为正多边形。由此，能够降低变形的偏差，提高枢轴轴承装置的性能。

另外，本发明的特征在于，上述球轴承的内圈、外圈、滚珠的材质为马氏体不锈钢。根据该结构，与SUJ2等高碳铬钢相比，防锈能力强，因此，能够实现无需涂敷防锈油，减少随着防锈油的挥发而导致的污染。

另外，本发明的特征在于，上述球轴承的滚珠数为11、13中的任一数。根据该构成，由于滚珠数已为质数，因此，除了与轴承定位圈的齿数的数目相同的情况之外，齿数与滚珠数总能保持为互质关系，从而能够提高轴承定位圈的齿数的设计自由度。

另外，本发明的特征在于，上述球轴承的滚珠数多于上述轴承定位圈的用于按压上述外圈的齿数。根据该构成，轴承定位圈通常通过冲压工件制成，如将该精度与球轴承的滚珠的配置精度比较，后者的精度通常更高。由此，也能够提高设计自由度，更容易实现易于吸收回弹造成的精度劣化或各齿的偏差的齿数、形状等的最优化。

另外，本发明的特征在于，上述枢轴轴承装置的摆动范围以机械角度计，为45度以下，上述球轴承的滚珠数为8个以上。为了降低各部件相对于球轴承的旋转方向配置的偏移，球轴承的滚珠间距可配置为机械角度以下。球轴承的滚珠间距在45度以下，即，通过使用滚珠数为8个以上的球轴承，能够使得摆动范围内，滚珠在圆周上的相互配置不变，从而能够实现更稳定的精度。

另外，本发明还提供一种磁记录装置，其使用具有轴和相对于该轴沿轴向并列配置且内圈固定于上述轴的多个球轴承的枢轴轴承装置，借助轴承定位圈，将上述球轴承的外圈固定于顶端部搭载有磁头的磁头臂的固定孔，通过围绕着轴的摆动来寻道移动，其特征在于，上述球轴承的滚珠数与上述轴承定位圈的用于按压上述外圈的齿数呈互质关系。根据该构成，当如上所述将轴承定位圈的齿数设为m、滚珠数设为n时，则由于m与n呈互质关系，因此，L.C.M.(m、n)＝m×n边形，能够使外观上接近正圆，减少外圈的滚道槽的变形，并能够防止枢轴轴承装置的特性发生劣化。由此，能够确保枢轴轴承装置相对于磁记录装置中的磁头存取的高旋转精度，因此能够提高磁道密度增高的高密度记录装置的磁道定位精度，实现有利于高密度记录的磁记录装置。

发明效果

如上所述，本发明在利用轴承定位圈将外圈固定的摆动型的枢轴轴承装置中，通过使球轴承的滚珠数与轴承定位圈的齿数呈互质关系，能够减少外圈滚道槽的变形，由此，能够实现在低扭矩、低扭矩变动下能够高精度摆动的枢轴轴承装置。而且，通过采用该枢轴轴承装置，能够实现能够以高磁道密度进行高密度记录的磁记录装置。

附图说明

图1为本发明一个实施方式的HDD的俯视示意图。

图2为本实施方式的HDD的HSA的俯视图。

图3为本实施方式的枢轴轴承装置和磁头臂的立体示意图。

图4为本实施方式的枢轴轴承装置与轴承定位圈的剖视示意图。

图5(a)为轴承定位圈的主视图，(b)为其剖视图。

图6为另一轴承定位圈的立体图。

图7为本发明一个实施方式的枢轴轴承装置与轴承定位圈的关系的俯视示意图。

图8(a)～(c)为用于确认本发明的枢轴轴承的效果的各摆动扭矩的特性的示意图。

符号说明

1HDD，2机架，3托盘，4主轴电动机，5灯，12轴承定位圈，12a突出部，12b齿，13枢轴轴承装置，16磁头臂，18固定孔，20球轴承，21轴，25外圈，26滚珠，27内圈。

具体实施方式

参照附图说明本发明的一个实施方式。图1为本发明一个实施方式的HDD的俯视示意图，图2为本实施方式的HDD的HSA的俯视图，图3为本实施方式的枢轴轴承装置与磁头臂的立体示意图，图4为本实施方式的枢轴轴承装置与轴承定位圈的剖视示意图，图5(a)为轴承定位圈的主视图，图5(b)为其剖视图，图6为另一轴承定位圈的立体图，图7为用于说明本实施方式的轴承与轴承定位圈的关系的示意图，图8为本发明的枢轴轴承的摆动扭矩的特性示意图。

本实施方式的HDD的概要在于，2.5型(英寸)的垂直磁记录方式下面表面记录密度约为750Gbpsi(Giga bit per square inch)，搭载2个Disk，具有1TB(Tera Byte)的存储容量。在此，首先用图1和图2对HDD的结构进行说明。

作为磁记录介质的磁盘3以能够自由旋转的方式由设于主轴电动机4的未图示的主轴和集线器固定并支承于铝制的机架2。在磁盘3上，在玻璃基质(Substrate)上，通过溅射成膜，形成基底、软磁性衬里底层(SUL)、Ru中间层，记录层、DLC层等。并在其上部表面，涂敷以作为氟系油的全氟聚醚(PFPE)为主成分的润滑剂。作为记录层，使用Co-Cr-Pt的颗粒(granular)膜，晶界由SiO₂分离。

HSA(Head Stack AssembIy)10在其一端设有磁头11，另一端设有构成用于沿磁盘3的磁道方向(磁盘3的半径方向)移动的VCM(Voice Coil Motor)的线圈7。在HSA10的磁头11侧，利用模锻将被称为HGA(Head Gimbal Assembly：磁头折片组合)的磁头11和把持该磁头的万向接头(gimbal)-弹簧组装体相对于磁头臂16固定。在磁头11的更前端，在被称为翼片15的部位，安装有机架2的磁头11与灯5连动，对磁盘3进行装载/卸载(Load/Unload)。磁头11搭载于飞米滑橇(Femto Slider)上，由高刚性的悬架支承，并采用利用热膨胀进行轴瓦脱壳量控制的形态。

HSA10构成为以设于其中央部的枢轴轴承装置13为旋转中心摆动。在VCM的线圈7的下侧，配置有磁体8，通过未图示的磁轭构成磁路，利用供给到线圈7的电流，基于弗来明左手定律产生推力，能够以枢轴轴承装置13为旋转中心摆动，实现寻道移动。

如图3所示，在HSA10中，枢轴轴承装置13借助轴承定位圈12固定于作为HSA10的基台的由铝合金制成的磁头臂16(也称为E-block)的固定孔18。在利用轴承定位圈12固定时，当磁头11因ESD(Electro Static Dscharge：静电放电)等而出现故障的情况下，适于将HSA10从HDA(Head Disk Assembly)卸下，以进行更换、调校等修复作业。

近年，随着HDD高密度化的发展，磁头11的高性能化也随之不断发展，然而，存在着用于实现更高MR比的膜的结构趋于复杂，抗ESD能力降低的趋势。另外，由于零部件的单价也随之上升，因此，期望HGA的修复作业的可操作性更好，为此，期待利用轴承定位圈12的固定与现有技术的粘接和压入等相比能够提高作业效率。

如图3、图4所示，枢轴轴承装置13具有轴21和借助隔离件30相对于轴21沿轴向并列配置的多个(在本实施方式中为一对)球轴承20。在轴21上，设有用于将枢轴轴承装置13固定于机架2的螺栓22。球轴承20以润滑脂来润滑，其具有固定在轴21上的内圈27、借助轴承定位圈12固定于磁头臂16的固定孔18的外圈25、配置在内圈27与外圈25之间的多个滚珠26、用于保持滚珠26的保持架28、和密封构件29。

需要说明的是，在本实施方式中，内圈27、外圈25、滚珠26分别由马氏体不锈钢制成。由此，与使用SUJ2等高碳铬钢时相比，防锈能力高，因此能够无需涂敷防锈油，减少随防锈油的挥发导致的污染。

另外，如图5所示，轴承定位圈12是将由SUS304CSP等弹性材料构成的钢板卷成筒状而成，在轴向中间部，向径向外侧突出的多个突出部12a沿圆周方向等间隔配置。因此，在多个突出部12a之间，按压外圈25的多个齿12b沿圆周方向等间隔配置。

需要说明的是，如图6所示，轴承定位圈12也可采用突出部12a沿轴向分割，分割的突出部12a之间的各齿12b按压各球轴承20的外圈25的结构。

另外，在本实施方式中，作为相邻的突出部12a之间的用于按压外圈25的齿，用于形成与外圈25抵接的接触面，轴承定位圈12使得各突出部12a在枢轴轴承装置13与磁头臂16之间发生变形，从两侧的突出部12a向该接触面施加按压力。因此，在本实施方式中，齿数(接触面数量)与突出部12a的数目实质上相等。

因此，在本实施方式中，将球轴承20的滚珠数与轴承定位圈12的按压外圈25的齿数设定为互质关系。当外圈25为简单环时，外圈25会在轴承定位圈12的应力作用下发生变形，因此，变形为与轴承定位圈12的齿数相同数目的多边形。球轴承20被施加预压力，内圈滚道面和外圈滚道面与滚珠26相接触，且内圈内径部通过被插入固定的轴21而提高了其刚性。因此，认为是外圈25相对于圆周方向，随着存在滚珠26的位置和不存在滚珠26的位置的不同，半径方向的刚性将发生很大变化。即，相对于圆周方向，外圈25具有与滚珠26的个数相对应的刚性反复变化的特性。因此，外圈25的变形成为与外部应力的数量、即轴承定位圈12的齿数相对应的多边形，刚性随着滚珠26的数目而反复变化。如果将轴承定位圈12的齿数设为m、滚珠26的数目设为n，外圈25的滚道槽的变形在考虑外圈25的自身变形的情况下，变形为m与n的最小公倍数也就是L.C.M.(m、n)的多边形。

而且，由于m与n存在互质关系，因此，L.C.M.(m、n)＝m×n边形，外观上能够接近于正圆，并能够减少外圈25的滚道槽变形，从而能够实现枢轴轴承装置13的低扭矩化。

例如，如图7所示，当在轴承定位圈12的齿的位置设有滚珠26时，则呈轴承定位圈12的齿、外圈25、滚珠26、内圈27、轴21几乎配置于相同半径上的关系，因此，外观上，外圈的刚性变得最大，能够降低圆度的劣化。另一方面，当轴承定位圈12的齿位置位于滚珠26与滚珠26的中间的情况下，外圈的刚性反而变为最小。如图7所示，在呈互质关系的m＝8、n＝9的情况下，外圈25的变形呈以L.C.M.＝72给定的多边形，能够提高外观上的圆度。

特别是由于轴承定位圈12的齿12b在圆周方向上等间隔配置，因此，能够使外圈25变形后的多边形成为正多边形，以减低变形误差。

此外，只要满足上述关系，球轴承20的滚珠数可设定为任意值，但作为实际应用于HDD的球轴承20的滚珠数，例如采用8个以上、13个以下的设计。另外，轴承定位圈12的齿数也可任意设定，但作为实际应用于HDD的轴承定位圈12的齿数，适用7个以上、15个以下。

因此，为了满足上述关系，例如将滚珠数n设为8个的情况下，轴承定位圈12的齿数m适用7、9、11、13、15等。另外，在将滚珠数n设为11个和13个中任一数目的情况下，滚珠数已是质数，因此，除了轴承定位圈12的齿数为同数的情况以外，齿数与滚珠数之间的关系通常能够形成互质关系，并能够提高轴承定位圈12的齿数的设计自由度。即，在滚珠数n为11的情况下，齿数m适用7、8、9、10、12、13、14、15等。另外，在滚珠数n为13的情况下，齿数m适用7、8、9、10、11、12、14、15等。

另外，由于通常轴承定位圈12由冲压工件制成，因此，与球轴承20中的滚珠26的配置精度相比，后者的精度通常较好。因此，为了能够易于吸收回弹造成的精度劣化和各齿的偏差，能够对最优齿数、形状等进行设计，更优选为滚珠数n大于轴承定位圈12的齿数m。

另外，在本实施方式中，枢轴轴承装置13的摆动范围以机械角度计，为45度以下，为了减少各部件相对于球轴承20的旋转方向的配置的偏移，将球轴承20的球距(ballpitch)配置为机械角度以下。即，通过使用滚珠数为八个以上的球轴承，在摆动范围内不改变滚珠26的圆周上的相互配置，因而可实现更稳定的精度，从而能够提高磁记录装置的可靠性。

另外，在本实施方式中，枢轴轴承装置13的摆动范围配置为以机械角度计，为45度以下，为了减少各部件的误差，相对于球轴承20的旋转方向的配置，球轴承20的球距(ballpitch)配置为机械角度以下。即，通过采用滚珠数8个以上的轴承，在摆动范围中，滚珠26的圆周上的相互配置不变，因此能够更稳定，能够实现精度要求，提高磁记录装置的可靠性。

(扭矩试验)

接着，参照图7以及图8，对用于确认本发明效果的试验进行说明。在本试验中，作为实施例，使用如图7所示的滚珠数n为8个且轴承定位圈12的齿数m为9个时的枢轴轴承装置，另一方面，作为现有技术例，使用滚珠数n为8个且轴承定位圈12的齿数m为8个时的枢轴轴承装置，测定使磁头臂在同一条件摆动时的扭矩。另外，在安装轴承定位圈12之前，使用单个的实施例的枢轴轴承装置13，并将使枢轴轴承装置13以同一条件摆动时的扭矩的测定结果示于图8(a)。

如图8(b)所示，在实施例的情况下，与使用单个枢轴轴承装置13的图8(a)相比，尽管扭矩增加，但未产生大的偏差。另一方面，由图8(c)所示可知，在现有技术例的情况下，扭矩的变动变大。经确认，其结果为，通过使球轴承20的滚珠数与轴承定位圈12的齿数互质，扭矩变动得到抑制。

此外，本发明并不限于上述实施方式，可适当地进行变形和改良等。

例如，在本实施方式中，采用轴承定位圈12直接按压各球轴承的外圈25的结构，但只要在轴承定位圈12的按压力能够作用于外圈25的程度下，采用薄壁轴瓦时，本发明也能够适用于外圈25固定于轴瓦型的枢轴轴承装置。另外，在本实施方式中，从易装配性角度，轴承定位圈12的突出部分12a向径向外侧突出，但也可使其向径向内侧突出，将各突出部的顶部作为轴承定位圈12的齿12b。

本发明基于2012年3月29日申请的日本专利申请(特愿2012-078227)而作出的，其内容作为参照引入于此。

Claims (9)

1.一种枢轴轴承装置，其特征在于，

具有：轴；多个球轴承，所述多个球轴承包括内圈及外圈，并相对于所述轴沿轴向并列配置，且所述内圈固定于所述轴；轴瓦，所述外圈固定于所述轴瓦；以及轴承定位圈，所述轴承定位圈经由所述轴瓦按压所述外圈的外周面，所述枢轴轴承装置借助轴承定位圈及所述轴瓦，将所述球轴承的外圈固定于磁头臂的固定孔内，并围绕所述轴摆动，

所述球轴承的滚珠数与所述轴承定位圈的用于按压所述外圈的齿数呈互质关系。

2.根据权利要求1所述的枢轴轴承装置，其特征在于，

所述轴承定位圈的用于按压所述外圈的齿沿圆周方向等间隔配置。

3.根据权利要求1或2所述的枢轴轴承装置，其特征在于，

所述球轴承的所述内圈、所述外圈、所述滚珠的材质为马氏体不锈钢。

4.根据权利要求1或2所述的枢轴轴承装置，其特征在于，

所述球轴承的滚珠数为11或13。

5.根据权利要求1或2所述的枢轴轴承装置，其特征在于，

所述球轴承的滚珠数多于所述轴承定位圈的用于按压所述外圈的齿数。

6.根据权利要求1或2所述的枢轴轴承装置，其特征在于，

所述枢轴轴承装置的摆动范围是以机械角度计，为45度以下，所述球轴承的滚珠数为8个以上。

7.根据权利要求1所述的枢轴轴承装置，其特征在于，

所述轴瓦是使所述轴承定位圈的按压力按压到所述外圈的薄壁的轴瓦。

8.根据权利要求1或7所述的枢轴轴承装置，其特征在于，

所述轴瓦是套筒。

9.一种磁记录装置，其特征在于，所述磁记录装置包括：磁头臂；以及借助所述轴承定位圈固定于磁头臂的权利要求1～8的任一项所述的枢轴轴承装置。