JP2002130304A - ハードディスクドライブ用転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 より低アウトガス化を図り、なおかつ低トル
クで、さらにトルク変動の少ない、長期的潤滑性能に優
れた低蒸気圧潤滑剤を使用したＨＤＤアクチュエータ用
転がり軸受を提供する。 【解決手段】 内輪、外輪の間に保持器を介して、複数
個の転動体を保持して構成された転がり軸受において、
潤滑剤として、２５℃における蒸気圧が１．３×１０^-3
Ｐａ以下である合成潤滑油が封入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に関
し、とくにハードディスクドライブ（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）に組込まれた軸受またはユニットとしてＨＤＤに
使用される転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のＨＤＤにおいては、磁気ヘッド部
と磁気ディスクの間隙（フライングハイト）がある程度
広く設定されているため、磁気ディスク上に少量の異物
が付着しても、磁気ヘッド部と異物との接触に起因する
致命的な障害は発生しにくかった。したがって、ＨＤＤ
用軸受に使用される潤滑剤においては、潤滑性能の向上
（長期的音響性能）が最優先課題とされており、低アウ
トガス性能は潤滑性能の向上に比して重要視されていな
かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年のＨＤＤ
では、より高記録密度化、高精度化が進み、フライング
ハイトが１００ｎｍ以下であることが多く、従来のＨＤ
Ｄのフライングハイトより極端に狭いものとなりつつあ
る。このような微小隙間を有するＨＤＤにおいては、磁
気ディスク上への異物の付着は致命的な障害になりかね
ない。たとえば、潤滑剤としてのグリースからアウトガ
スとして蒸発した潤滑油が磁気ディスク表面に付着する
ことにより、磁気ディスクと磁気ヘッドとの隙間に潤滑
油が溜まり吸着を起こす等の問題が発生する。したがっ
て、ＨＤＤ内で使用される部材においては、異物の付着
の原因となるガスの発生が少ないことが求められるた
め、よりケミカルコンタミネーション（化学的汚染）の
少ない部材が望まれている。特に、潤滑剤が封入されて
いる軸受を構成する部材は、年々低アウトガス化が強く
求められている。さらに、アクチュエータユニットは、
ＨＤＤの構造上磁気ディスクのごく近傍に配置されるた
め、非接触モータ（ボイスコイルモータ)の発熱により
加熱されやすいとともに、スピンドルモータユニットと
は異なり、アウトガスをトラップする磁性流体シールや
ラビリンス(迷路)構造を有していない。このため、アク
チュエータユニットは、より厳しいケミカルコンタミネ
ーションスペックが要求される。

【０００４】また、近年のＨＤＤの薄型化に伴い、ボイ
スコイルモータの出力が低下しており、これに対応すべ
く軸受の低トルク化が求められている。ＨＤＤにおける
高精度の読み取りおよび書き込み動作においては、トル
ク変動はできる限り小さい方が好ましい。しかしなが
ら、従来のグリース潤滑では、軸受を構成する部材と充
填されているグリースとの引掛かり現象によるトルク変
動を生じるおそれがあった。

【０００５】上記の問題を解決する方法として、グリー
ス充填量を減少することにより低トルク化を図ることが
考えられる。しかし、グリースを潤滑油に置き換えた場
合の潤滑ほどの低トルク化は望めない一方で、グリース
充填量の減少により、軸受の寿命が低下するおそれがあ
る。増稠剤成分の比率を増加することによってもトルク
変動の抑制は難しい。逆に、グリースの充填量を増大す
れば、軸受寿命の改善はできるが、軸受の低トルク化と
トルク変動の抑制を図ることが難しい。以上のことは、
低蒸気圧の合成潤滑油を基油としたグリースについても
同様であり、封入量を減らしても長寿命化は可能となる
が、トルク面においては潤滑油による潤滑の方がすぐれ
ている。

【０００６】そこで本発明の目的は、より低アウトガス
化を図り、なおかつ低トルクで、さらにトルク変動の少
ない、長期的潤滑性能に優れた低蒸気圧潤滑剤を使用し
たＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受を提供することに
ある。

【０００７】本発明の上記以外の目的及び本発明の特徴
とするところは、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説
明を読むことにより、一層明確になるであろう。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のＨＤＤアクチュエータ用軸受においては、
潤滑剤として、２５℃における蒸気圧が１．３×１０^-3
Ｐａ以下である合成潤滑油が封入されている。

【０００９】

【実施例】以下、本発明にかかる実施例を図面を参照し
つつ詳しく説明する。本発明にかかるＨＤＤアクチュエ
ータ用転がり軸受は、図１に示されるように、外周面に
内輪軌道１を有する内輪２と、内周面に外輪軌道３を有
する外輪４とを同心に配置し、内輪軌道１と外輪軌道３
との間に転動体たる複数個の玉５を保持器７を介して転
動自在に設けることで構成される。

【００１０】本発明のＨＤＤ用転がり軸受においては、
内輪２及び外輪４の軌道面、玉５、保持器７の表面（以
下、潤滑面と呼ぶ。）に潤滑剤（図示せず）が存在して
おり、外輪４の両端部内周面には、それぞれ円輪状のシ
ール板６が係止され、潤滑剤が軸受の外部に漏洩した
り、また外部に浮遊する塵芥が軸受空間に進入すること
を防止している。

【００１１】次に、本発明にかかるＨＤＤアクチュエー
タ用転がり軸受に用いる潤滑油の詳細を説明する。転が
り軸受内部に封入する潤滑油の量は、軸受内部空間容積
の０．１％〜１０％が好ましい。さらに、軸受寿命、潤
滑油漏洩を考慮すれば、０．２５％〜５％が好ましい。

【００１２】潤滑油の封入方法としては、潤滑油をごく
少量計量できるマイクロシリンジやポンプによって規定
量計り取り、内輪、外輪、転動体、保持器が組み上がっ
た状態で転動体上に吐出し、軸受を数回転させる方法が
好ましい。また、潤滑油の漏洩を防ぐために、より薄膜
として潤滑油を塗膜する場合は、潤滑油を溶剤に希釈
し、軸受を浸漬してもよい。さらに、軸受外部への潤滑
油付着を避けるために潤滑油希釈液を軸受内部転動体上
に吐出した後に乾燥させることで潤滑油を塗膜してもよ
い。

【００１３】本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸
受においては、２５℃における蒸気圧が１．３×１０^-3
Ｐａ以下の合成炭化水素系潤滑油を用いている。当該潤
滑油の蒸気圧は、望ましくは１．３×１０^-4Ｐａ以下で
あるとよい。このような蒸気圧を有する潤滑油を採用す
ることにより、潤滑油の蒸発を抑制することができるた
め、潤滑油量を長期にわたり維持し、軸受への封入量を
低減することができる。また、軸受からの潤滑油の漏れ
を防ぐこと、及び転がり軸受のトルクを低く抑えること
が可能となる。

【００１４】なお、蒸気圧が１．３×１０^-12Ｐａ以下
となると既存の潤滑油では動粘度が高くなる。動粘度が
高くなるとトルク上昇につながるため、好ましくない。

【００１５】合成潤滑油としては、例えば、合成炭化水
素油、アルキル鎖誘導ポリフェニルエーテル油、芳香族
エステル油、アルキル鎖誘導ナフタレン油、パーフルオ
ロポリエーテル、パーフルオロポリエーテル末端変成油
などが挙げられる。

【００１６】特に、軸受鋼のような多湿環境下で錆が発
生する懸念がある鋼材を使用する場合においては、フッ
素系潤滑油ではなく、合成炭化水素油、エステル油、エ
ーテル油、アルキルナフタレン油のようなフッ素原子を
含まない合成潤滑油であれば、防錆剤を添加することが
できる。

【００１７】市販の合成潤滑油としては、合成炭化水素
油ではＮＹＥ ＬＵＢＲＩＣＡＮＴＳ社製ＮＹＥ２００
１（２５℃における蒸気圧５．１×１０^-9Ｐａ）が挙げ
られる。アルキル鎖誘導ポリフェニルエーテル油では、
松村石油研究所製ネオバックＳＹ、ネオバックＳＸ、Ｌ
Ｂ−１５（２５℃における蒸気圧５．３×１０^-5Ｐ
ａ）、ＬＢ−１００（２５℃における蒸気圧５．１×１
０^-7Ｐａ）、Ｓ−３１０１（２５℃における蒸気圧３．
１×１０^-10Ｐａ）、Ｓ−３２３０（２５℃における蒸
気圧２．４×１０^-11Ｐａ）が挙げられる。芳香族エス
テル油では大八化学工業製ＴＯＴＭ、ＧＲＥＡＴ ＬＡ
ＫＥＳ ＣＨＥＭＩＣＡＬ社製Ｒｅｏｌｕｂｅ ＬＴ
Ｍ、Ｒｅｏｌｕｂｅ ＯＴＭ、Ｒｅｏｌｕｂｅ ＴＭ１
０が挙げられる。アルキル鎖導入ナフタレン油ではライ
オン株式会社製ライオン拡散ポンプ油Ｓ（２５℃におけ
る到達圧力６．７×１０^-7Ｐａ）、ライオン拡散ポンプ
油Ａ（２５℃における到達圧力６．７×１０^-5Ｐａ）が
挙げられる。また、パーフルオロポリエーテル油では、
例えば側鎖構造として、ＤＵＰＯＮＴ社のクライトック
ス１４３、クライトックスＧＰＬ、クライトックス１５
００、ＡＵＳＩＭＯＮＮＴ社のフォンブリンＹスタンダ
ード、ＮＯＫクリューバ社のバリエルタＪフルード、直
鎖構造として、ダイキン工業社のデムナム、ＡＵＳＩＭ
ＯＮＮＴ社のフォンブリンＺが好適に用いられる。

【００１８】上記潤滑油の４０℃における動粘度は２０
ｍｍ²／ｓ以上としてあり、２０ｍｍ²／ｓ未満では油膜
形成が十分でないため、耐久性能が低下する。 動粘度
には、特に上限はないが、取り扱い性、油膜形成性、お
よび、トルクの増大を考慮すると、潤滑油基油の動粘度
の上限は４１０ｍｍ²／ｓであることが好ましい。さら
に、十分な耐フレッチング磨耗性を得る油膜形成性を考
慮すれば、３０ｍｍ²／ｓ以上２００ｍｍ²／ｓ以下であ
ることが好ましい。

【００１９】本発明においては、上述した潤滑油を単独
で使用してもよいし、混合してもよい。また、潤滑油を
そのまま転がり軸受に封入しても良いし、有機溶剤へ希
釈し、軸受全体に塗油してもよい。潤滑油の動粘度が高
い場合、軸受がタッキング(tacking)する可能性もある
ので、軸受内部に直接注入する方法が好ましい。また、
フッ素系潤滑油以外の合成潤滑油に関しては、潤滑耐久
性を向上するために、適宜、防錆添加剤、酸化防止剤や
揺動運動時の境界潤滑下における磨耗を防ぐような磨耗
防止剤、極圧添加剤を加えてもよい。

【００２０】フッ素系潤滑油以外の合成潤滑油の防錆剤
としては、有機スルフォン酸金属塩を潤滑油により希釈
したものが使用可能である。この場合、製品のハンドリ
ング性を向上させるためには、低粘度希釈潤滑油で希釈
することが好ましい。低粘度希釈潤滑油としては、ＩＳ
ＯＶＧ１０グレードの鉱油や合成油では、分子構造が二
量体を多く含む分子構造のポリαオレフィン油が挙げら
れるが、このような低粘度希釈潤滑油はＨＤＤ用軸受の
使用環境温度下においても、選択的にガスとなって発生
しやすい。このため、添加剤の希釈潤滑油は４０℃にお
ける動粘度が３０ｍｍ²／ｓ以上１５０ｍｍ²／ｓ以下の
希釈潤滑油を使用することが好ましい。ここで、動粘度
が１５０ｍｍ²／ｓを超えると、防錆剤自体が粘稠とな
りハンドリング性が悪くなる。また、４０℃における動
粘度が３０ｍｍ²／ｓ以下であっても、２５℃における
蒸気圧が１．３×１０^-3Ｐａ以下であれば問題ない。

【００２１】酸化防止剤としては、含窒素化合物系酸化
防止剤やフェノール系酸化防止剤の単独もしくは混合物
が好ましい。含窒素化合物系酸化防止剤としてはフェニ
ルαナフチルアミン、ジフェニルアミン、ジフェニルジ
アミン等、フェノール系酸化防止剤としてはヒンダード
フェノールが好ましい。

【００２２】本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸
受は、低蒸気圧性を有する合成炭化水素系潤滑剤から構
成されているため、転がり軸受の潤滑剤からのアウトガ
スの低減が図れ、ＨＤＤ中の磁気ディスクを潤滑油で汚
染する恐れはない。さらに、潤滑油で潤滑しているた
め、低トルク、低トルク変動で安定したトルク性能を有
し、長期的な耐久性能に優れている。

【００２３】つづいて、実施例及び比較例を挙げて、磁
気ディスクへの移着試験、トルク評価試験および軸受揺
動耐久試験について説明する。

【００２４】＜供試潤滑油の調整＞まず、以下の（１）
〜（３）の試験に用いる供試潤滑油基油について説明す
る。供試潤滑油基油は、松村石油研究所製ネオバックＳ
−３２３０（２５℃における２．４×１０^-11Ｐａ）、
松村石油研究所製ＬＢ−１５（２５℃における５．３×
１０^-5Ｐａ）およびナローカットした鉱油（２５℃にお
ける蒸気圧１．０×１０^-1Ｐａ）を混合して所定の蒸気
圧になるように配合した潤滑油を配合し、酸化防止剤、
防錆剤を添加することにより調整した。

【００２５】（１）磁気ディスクへの移着試験（表１、
図２） 本試験は、潤滑剤アウトガスの磁気ディスクへの移着試
験であって、表１に記載される潤滑剤を供試潤滑剤とし
て用いた。表１において、実施例１〜３および比較例
１、２で使用する潤滑剤の２５℃における蒸気圧は、そ
れぞれ、１×１０ ^-9、１×１０^-6、１×１０^-3、１×１
０^-2、１×１０^-1（Ｐａ）となっている。

【表１】

【００２６】本試験の試験方法を図２を参照しつつ説明
する。図２は、磁気ディスクへの潤滑剤の移着試験装置
の概略図である。図２に示すように、密閉容器２０内に
は、磁気ディスク２１と、供試潤滑剤２３を１０ｇ計り
取ったシャーレ２２とを配置している。密閉容器は真空
ポンプ２４により排気を行い、１．３Ｐａまで減圧し
た。さらに、密閉容器２０内の温度を上昇させ、１３０
℃に達した時点から２４時間放置した後、密閉容器２０
から磁気ディスク２１を取り出し、磁気ディスク２１の
表面を実体顕微鏡（１００倍）で観察し、潤滑油の付着
の有無を確認した。以上の移着試験をそれぞれの供試潤
滑剤当たり５回繰り返し行うことによって各潤滑剤の評
価を行った。

【００２７】表１に試験の結果を示す。表１の評価欄に
示すように、実施例１および２においてはディスク上に
油にじみがなく、実施例３においてはディスク上にごく
わずかににじみがあるがほどんどないに等しかった。こ
れに対して、比較例１および２においては、ディスク上
ににじみが確認された。したがって、蒸気圧１×１０ ^-3
Ｐａ以下（実施例１〜３）の潤滑油においては、ディス
クに潤滑油の付着がないまたはほとんどないため、十分
な低アウトガス性能を有していると判断できる。

【００２８】（２）トルク評価試験（図３） 本試験においては、内径７．９４ｍｍ、外径１２．７ｍ
ｍ、幅３．９７ｍｍの単列深溝玉軸受を使用した。２５
℃において１．３×１０^-3Ｐａ以下となるようにフッ素
系潤滑油を混合し、実施例１１〜２０として、動粘度を
０〜６００ｍｍ ²／ｓの間で調整した１０種の潤滑油を
それぞれ軸受内部空間容積の５％注入し、供試軸受を製
作した。

【００２９】比較例として、同じ形状の単列深溝玉軸受
に、市販されているウレアグリースを軸受内部空間容積
の５％封入した供試軸受を製作した。

【００３０】試験は、９．８Ｎのアキシャル荷重を付与
した状態で回転装置により内輪を２ｒｐｍで回転し、ト
ルク性能として、回転初期におけるトルク及びトルク変
動を測定することによって行った。

【００３１】図３に、トルク評価試験の結果を示す。ト
ルク性能の合否判定は、比較例における内輪の回転に要
するトルクを１としたときのトルク比、すなわち、（各
実施例における内輪の回転に要するトルク）／（比較例
における内輪の回転に要するトルク）、により行い、ト
ルク比が０．７以下の場合を合格とした。図３に示すよ
うに、潤滑油の動粘度（図３の横軸）が４００ｍｍ²／
ｓ以下では、トルク比（図３の縦軸）は０．７以下であ
るため実用上十分トルクが低いと判断できる。

【００３２】（３）軸受揺動耐久試験（図４） 本試験においては、内径７．９４ｍｍ、外径１２．７ｍ
ｍ、幅３．９７ｍｍの単列深溝玉軸受を使用し、軸受内
部に潤滑油を軸受内部空間容積の５％注入し、供試軸受
を製作した。本試験で使用する１０種の潤滑油の２５℃
における蒸気圧は、それぞれ、１０^-1、１０^-2、１
０^-3、１０^-4、１０^-5、１０^-6、１０^-7、１０^-8、１０
^-9、１０^-10（Ｐａ）となっている。

【００３３】試験は、周波数６０Ｈｚ、揺動角度０°〜
２６°（ランダムに位置決め）、軸方向の荷重９．８
Ｎ、雰囲気温度８０℃、揺動回数２×１０⁹回という条
件において、初期トルク変動に対する変動幅の比率を測
定することによっておこなった。

【００３４】図４に軸受揺動耐久試験の結果を示す。
軸受の揺動耐久性能の判定は、初期トルクの変動幅に対
する変動増加比率（図４の縦軸）により行い、当該比率
が２以下の場合を合格とした。図４に示すように、潤滑
油の２５℃における蒸気圧が１×１０^-3以下の場合は、
比率が２以下であるため十分な揺動耐久性能を有すると
判断できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
より低アウトガス化を図り、なおかつ低トルクで、さら
にトルク変動の少ない、長期的潤滑性能に優れた低蒸気
圧潤滑剤を使用したＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＨＤＤ用転がり軸受の一例を示す断面図であ
る。

【図２】磁気ディスクへの潤滑剤の移着試験装置の概略
図である。

【図３】トルク評価試験の結果を示すグラフである。

【図４】軸受揺動耐久試験の結果を示すグラフである。

【符号の説明】

２ 内輪 ４ 外輪 ５ 転動体 ７ 保持器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｍ 107/38 Ｃ１０Ｍ 107/38 171/00 171/00 Ｆ１６Ｃ 19/06 Ｆ１６Ｃ 19/06 Ｇ１１Ｂ 21/02 ６３０ Ｇ１１Ｂ 21/02 ６３０Ａ // Ｃ１０Ｎ 20:00 Ｃ１０Ｎ 20:00 Ｚ 40:02 40:02

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪、外輪の間に保持器を介して、複数
   個の転動体を保持して構成された転がり軸受において、
   潤滑剤として、２５℃における蒸気圧が１．３×１０^-3
   Ｐａ以下である合成潤滑油が封入されていることを特徴
   とするハードディスクドライブアクチュエータ用転がり
   軸受。