JP2003336648A

JP2003336648A - 転がり軸受およびこれを用いた磁気記録装置

Info

Publication number: JP2003336648A
Application number: JP2002142118A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Haruta; 知宏春田; Tetsuo Ikeda; 哲雄池田; Toru Miyawaki; 徹宮脇
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2002-05-16
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2003-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】転動体の高速回転時における内・外輪部材の表
面に対する帯電を防止可能として、高速回転化の要求に
沿う転がり軸受を提供する。【解決手段】内・外輪２２、２３の両軌道間に複数の転
動体２５が介装され、内・外輪部材が共に金属材からな
るとともに、転動体において少なくとも前記両軌道に転
動接触する表面が電気絶縁性を有しており、内・外輪部
材の対向環状空間に対してグリース２８が、転動体総体
積の２０〜３５％の封入率で封入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受および
これを用いた磁気記録装置に関する。この磁気記録装置
には、ハードディスクドライブ装置(ＨＤＤ)や、フロッ
ピィーディスクドライブ装置(ＦＤＤ)、その他が挙げら
れる。

【０００２】

【従来の技術】例えば磁気ディスクを駆動するハードデ
ィスクドライブ装置では、記録再生用の磁気ヘッドを磁
気ディスクに対して揺動させる揺動機構や、磁気ディス
クを回転駆動する回転機構などを支持するために、転が
り軸受が組み込まれている。このようなディスクドライ
ブ装置では、この軸受部分が、通電経路とされることが
多い。このため、転がり軸受については、総金属製とさ
れていた。

【０００３】ところで、このような磁気記録装置に組み
込まれる転がり軸受としては、磁気ディスクの高速回転
化および長寿命化の要求により、転動体の素材として軽
量で回転トルクを低くできるセラミックスの使用が検討
されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ハードディスクドライ
ブ装置等の磁気記録装置において磁気ディスクを回転さ
せるスピンドルモータは高速回転するため、その軸受に
は、回転、音響性能や耐フレッチング性能等に優れたセ
ラミックス材料からなる転動体が使用されることがあ
る。ここで、通常のセラミックス材料は絶縁体であり、
したがって、転動体を介する軸受の内・外輪間は、電気
的に絶縁されている。このため、外輪と共に回転するデ
ィスク上の電荷は逃げ場がなく、蓄積される。その結
果、帯電したディスクにより電気的に磁気ヘッドが引き
付けられてクラッシュするという問題がある。

【０００５】本願出願人は、このような転動体の素材と
するセラミックスの中でも強度的な性能が高いＳｉ₃Ｎ₄
系セラミックスを用いている。この場合、Ｓｉ₃Ｎ₄系セ
ラミックスは体積低抗率が１×１０¹⁴Ω・ｍと大きく、
絶縁体である（絶縁性を有する）ため、内・外輪部材間
を電気的に遮断して前記通電経路を形成できないため、
上記の如くディスク上に電荷が蓄積され帯電する。

【０００６】このような帯電を防止するためには、上記
ディスクドライブ装置に組み込む転がり軸受の転動体の
表面を特開２０００−２４０６５８号公報で開示されて
いるような導電性セラミックスで構成することが考えら
れる。

【０００７】しかしながら、このようなセラミックスは
大きな導電性を付与すると強度が低下するため磁気ディ
スクの高精度、高速回転化の要求に沿う耐摩耗性等の強
度性能と高い導電性能とを両立させるのは困難である。
あるいは、導電機能をも兼ね備えた接触式シールや別途
接触式の導電部材を設ける方法もあるが、接触式ゆえ回
転トルクが高く、耐久性も劣る等の欠点がある。さらに
は、導電性を高めるべく特別な導電性付与剤を添加した
導電グリースの採用も考えられるが、ハードディスクド
ライブ装置のスピンドルに求められる長寿命、低トル
ク、低騒音等の性能の全てを満足しつつ十分な導電性能
を発揮させるのは困難である。

【０００８】したがって、本発明は、転動体の高速回転
時におけるグリース膜の当該転動体表面への適度な形成
を確保しつつ、低トルク、高速回転化の要求に沿う転が
り軸受を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】(１)本発明の転がり軸受
は、内・外輪部材の両軌道間に複数の転動体が介装され
ている転がり軸受であって、前記内・外輪部材が共に金
属材からなるとともに、前記転動体において少なくとも
前記両軌道に転動接触する表面が電気絶縁性を有してお
り、前記内・外輪部材の対向環状空間にグリースが、転
動体総体積の２０〜３５％の封入率で封入されているこ
とを特徴とする。

【００１０】本発明の転がり軸受によると、電気絶縁性
を有する転動体を用いても、前記封入率でグリースが封
入されているから、高速回転する場合でも転導体表面に
常にある程度以上のグリース膜が形成できると考えられ
る。さらに、特に導電性能を付与しない一般的グリース
でも、体積抵抗率は有限値であり、ある程度の導電性を
持っているから、これを、絶縁性を有する転動体の表面
に、定常的にある程度以上形成することで、常にある程
度の導電性を確保できる。さらに、所定量以下のグリー
スしか封入しないから回転トルクを最小限に抑制でき
る。

【００１１】本発明の転がり軸受は、好ましくは、前記
転動体が、セラミックスからなる。この場合、セラミッ
クスの優れた耐摩耗性、疲労強度性より長寿命な軸受と
なる。

【００１２】(２)本発明の磁気記録装置は、ディスクの
回転支持に転がり軸受を用いた磁気記録装置であって、
前記転がり軸受が、共に金属材からなる内・外輪部材
と、前記内・外輪部材の両軌道間に介装された複数のセ
ラミックス製転動体とを有するとともに、前記内・外輪
部材の対向環状空間にグリースが、転動体総体積の２０
〜３５％の封入率で封入されていることを特徴とする。

【００１３】本発明の磁気記録装置によると、前記導電
性の確保により、前記ディスクが過剰に帯電しないか
ら、磁気ヘッドが引き付けられてクラッシュするような
ことがなくなり、特別な導電機構や特殊グリース、導電
セラミックス転動体を用いることなく、また、トルクを
最小限に抑制できるから、その高速回転化の要求を達成
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図１ないし
図５に示す実施の形態に基づいて説明する。図１は、本
発明の転がり軸受が組み込まれるハードディスクドライ
ブ装置の縦断面図、図２は、図１に示される転がり軸受
とその周辺の拡大図、図３は、測定装置の概略構成図、
図４は、測定結果を表に示す図、図５は、測定結果をグ
ラフにして示す図である図１に示されるハードディスク
ドライブ装置において、１は、ハウジング、２は、磁気
ディスク、３は、スピンドルユニット、４は、磁気ヘッ
ド、５は、移動ユニットである。

【００１５】スピンドルユニット３は、磁気ディスク２
の回転中心に貫通固定されるスピンドル軸６と、スピン
ドル軸６をハウジング１に対して回転自在に支持する一
対の転がり軸受７，７と、スピンドル軸６を回転駆動す
るモータ８とを備える。

【００１６】モータ８は、永久磁石からなるロータ９と
コイルからなるステータ１０とで構成される。ステータ
１０は、コイルバネ１２を介してヨーク１３に貼着され
ている。

【００１７】移動ユニット５は、磁気ヘッド４が取り付
けられるスイングアーム１４と、ハウジング１に固定さ
れるヘッドキャリッジ軸１５と、ヘッドキャリッジ軸１
５にスイングアーム１４を揺動自在に支持する一対の転
がり軸受１６，１６と、スイングアーム１４を揺動駆動
するモータ１７とを備える。モータ１７は、ロータ１８
と、ステータ１９とを備える。ステータ１９は、基体１
１上にハウジング１側に弾発付勢するコイルバネ２０を
介してヨーク２１に貼着されている。

【００１８】図２を参照して、スピンドル軸６をハウジ
ング１に支持する転がり軸受７、７について説明する
と、この転がり軸受７、７は、ディスクドライブ装置に
おける回転部分を支持するため深溝玉軸受として、内輪
部材としての内輪２２、外輪部材としての外輪２３、樹
脂製保持器２４および転動体としての複数のボール２５
を備えるとともに、内・外輪２２，２３の対向環状空間
内には電気絶縁性を有する軸心方向一対のシール部材２
６，２７によりグリース２８が封入された構造を有す
る。このように封入されたグリース２８は転がり軸受の
回転に伴い、ボール２５や内・外輪２２、２３の転動面
に導入されて、潤滑に寄与する。このような転がり軸受
７、７の構成それ自体は周知の形状であり、本発明は、
この構成に限定されるものでは何らなく、本発明の範囲
内において他の構成に適宜に変更された転がり軸受も含
まれる。ただし、この適宜に変更される転がり軸受の構
成の説明は、省略する。

【００１９】なお、ヘッドキャリッジ軸１５にスイング
アーム１４を揺動自在に支持する転がり軸受１６，１６
も、ディスクドライブ装置における揺動部分を支持する
軸受として、前記転がり軸受７、７と同様の構成になっ
ているから、その詳細な説明は省略する。

【００２０】そして、本実施の形態は、内・外輪２２，
２３を共に金属材で構成するとともに、ボール２５を電
気絶縁材で構成し、内・外輪２２，２３の対向環状空間
にグリース２８を、ボール(転動体)総体積の２０〜３５
％の体積からなる封入率で封入したことに特徴を有す
る。

【００２１】以下、この特徴について具体的に説明す
る。

【００２２】まず、内・外輪２２，２３は、共に、軸受
鋼として日本工業規格（ＪＩＳ規格）ＳＵＪ２などの高
炭素クロム軸受鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃなどのマ
ルテンサイト系ステンレス鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ６３０
などの析出硬化型ステンレス鋼、ＪＩＳ規格ＳＵＳ３０
４などのオーステナイト系ステンレス鋼、また、ＪＩＳ
規格ＳＣＲ４２０などの肌焼鋼など導電性を有する金属
材で構成されている。

【００２３】ボール２５は、耐摩耗性、耐熱性など軸受
への用途に適したもので、かつ、電気絶縁性に優れた材
料であればよく、例えば、セラミックスが好ましい。こ
のセラミックスとしては、例えば、Ｓｉ₃Ｎ₄系セラミッ
クス、ＳｉＣ系セラミックス、Ａｌ₂Ｏ₃系セラミック
ス、ＺｒＯ₂系セラミックス等がある。

【００２４】なお、ボール２５は、その全体が電気絶縁
材例えばセラミックスで構成された総セラミックス製で
ある必要は必ずしもなく、内・外輪２２，２３と同様な
金属材で構成し、内・外輪２２，２３の両軌道と転動接
触する表面にセラミックスなどの電気絶縁性膜が形成さ
れているだけでもよい。

【００２５】グリース２８としては、特に導電性を付与
しない通常のグリースを採用することができる。

【００２６】そして、グリース２８の封入率は、ボール
(転動体)総体積の２０〜３５％であり、好ましくは２０
〜２５％であり、より好ましくは、２３〜２５％であ
る。ここで、ボール総体積とは、全ボールが占める体積
のことと定義される。

【００２７】グリース２８の封入率を、ボール総体積の
２０％より小さくすると、グリース膜が、ボール２５の
表面に常に所要以上形成され難くなり、内輪２２に接触
しているスピンドル軸６およびこれに接触固定される磁
気ディスク２の表面電位が高くなりすぎる点で好ましく
なく、３５％より大きくすると、グリースの粘性に伴う
抵抗力によってボール２５の回転トルクが大きくなりす
ぎる点で好ましくない。

【００２８】以上のグリース封入率の優位性について
は、実験により確認しているので、以下、図３ないし図
５を参照して説明する。

【００２９】図３は、測定装置の概略構成図、図４は、
測定結果を表に示す図、図５は、測定結果をグラフにし
て示す図である。

【００３０】図３を参照して、３０は、駆動回路、３１
は、ステータ３１ａとロータ３１ｂからなるモータ、３
２は、スピンドル軸、３３は、ハウジング、３４、３４
は、転がり軸受、３５は、予圧装置、３６は、プロー
ブ、３７は、ペンレコーダ、３８は、表面電位計、３９
は、固定ベースである。

【００３１】転がり軸受３４、３４は、上記した本実施
の形態の転がり軸受に対応するもので、呼び番号♯６９
５、内径φ５×外径φ１３×４で、ボール構成がφ２，
０００ｍｍ×８個、ボール総体積(４／３)πｒ³×Ｚ(ｒ
は、ボール半径、Ｚはボール個数)の転がり軸受であ
る。

【００３２】なお、図３の装置は図１とは異なる形式
で、軸受の内輪が固定され、外輪に固定されたハウジン
グ、およびディスクが回転する形式である。

【００３３】この転がり軸受３４、３４は、内輪３４ａ
がスピンドル軸３２に固定され、また、外輪３４ｂがハ
ウジング３３に固定された状態でもってハウジング３３
をスピンドル軸３２に対して回転自在に支持している。
また、前記内・外輪３４ａ，３４ｂ間にボール３４ｃが
介装されているとともに、該内・外輪３４ａ，３４ｂの
環状空間にグリース(図示省略)が封入されている。グリ
ースは協同油脂社製「マルテンプＳＲＬ」を用いた。当
該グリースはポリオールエステルとジエステルを主成分
とし、増ちょう材としてリチウム石けんを用い、体積抵
抗率は約１．８×１０¹⁰Ω・ｃｍである。

【００３４】このような測定装置において、予圧装置３
５を用いて、モータ３１に所定の予圧をかける。駆動回
路３０によりモータ３１を駆動させてハウジング３３を
回転させる。これによって、転がり軸受３４，３４の外
輪３４ｂが一体回転し、ボール３４ｃが内・外輪３４
ａ，３４ｂの軌道を接触しつつ転動させられる。

【００３５】そして、プローブ３６をハウジング３３の
表面に近接させ、固定ベース３９を接地電位としたとき
のハウジング３３の表面電位を表面電位計３８で測定す
る。なお、ヘッドクラッシュに影響を及ぼす磁気ディス
クの表面電位は、ハウジング３３に接触固定される場合
には、ハウジング３３の表面電位とほぼ等しくなるため
ハウジング３３の表面電位値により、ヘッドクラッシュ
発生の有無を評価できる。

【００３６】一方、ボール３４ｃの回転トルクも測定す
る。

【００３７】以下において、グリース封入率を１０％、
１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、４０％、４
５％とした場合のモータ３２における各表面電位(Ｖ)
と、軸受の回転トルク(ｍＮ・ｍ)の測定結果を図４に示
す。また、それぞれのグリース封入重量(ｍｇ)も示す。
この測定は、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の合計５個の転がり軸
受それぞれに対して行った。

【００３８】図４で示される測定結果を図５のグラフで
示す。図５において、左側縦軸は、表面電位(単位は
Ｖ)、右側縦軸は回転トルク(単位はｍＮ・ｍ)、横軸は
グリース封入率(単位は％)であり、また、実線はハウジ
ング３３の表面電位、破線は回転トルクを示す。

【００３９】図５のグラフから明らかであるように、グ
リース封入率が大きくなるとハウジング３３の表面電位
が低下する一方で回転トルクが大きくなり、また、グリ
ース封入率が小さくなるとハウジング３３の表面電位が
高くなる一方で回転トルクが小さくなる。そして、ハウ
ジング３３の表面電位と回転トルクとを共に所要の範囲
にできる好ましい範囲のグリース封入率としては、２０
〜３５％である。また、ヘッドクラッシュを防止しつ
つ、より低トルク性能を重視すると、当該封入率は２５
％以下とするとさらによい。なお、上記グリースに変え
て、日本グリース社製「ＫＡＭ５Ｈ−Ｈ」（体積抵抗率
４．３５×１０¹¹Ω・ｃｍ）でも同様の効果が得られて
いる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
内・外輪部材が共に金属材からなり、内・外輪部材の両
軌道に転動接触する転動体が電気絶縁性を有し、内・外
輪部材の対向環状空間にグリースが、転動体総体積の２
０〜３５％の封入率で封入されているから、軸受が適正
な回転トルクのもとで高速回転しつつ内・外輪部材間の
通電経路をグリースにより確保してその帯電を防止する
ことができ、ハードディスクドライブ装置のような磁気
記録装置に組み込まれた場合、磁気ディスクの過剰な帯
電と高速回転化、低トルク化の達成に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の転がり軸受が組み込まれるハードディ
スクドライブ装置の縦断面図

【図２】図１に示される転がり軸受とその周辺の拡大図

【図３】測定装置の概略構成図

【図４】測定結果を表に示す図

【図５】測定結果をグラフにして示す図

【符号の説明】

６スピンドル軸７転がり軸受２２内輪２３外輪２４保持器２５ボール２６シール部材２７シール部材２８グリース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮脇徹大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA42 AA52 AA62 BA10 EA41 EA63 EA72 FA11 GA53 5D109 BA12 BA17 BA20 BB03 BB08 BB12 BB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内・外輪部材の両軌道間に複数の転動体が
介装されている転がり軸受であって、前記内・外輪部材が共に金属材からなるとともに、前記
転動体において少なくとも前記両軌道に転動接触する表
面が電気絶縁性を有しており、前記内・外輪部材の対向環状空間にグリースが、転動体
総体積の２０〜３５％の封入率で封入されている、こと
を特徴とする転がり軸受。
【請求項２】請求項１記載の転がり軸受において、前記転動体が、セラミックスからなる、ことを特徴とす
る転がり軸受。
【請求項３】ディスクの回転支持に転がり軸受を用いた
磁気記録装置であって、前記転がり軸受が、共に金属材からなる内・外輪部材
と、前記内・外輪部材の両軌道間に介装された複数のセ
ラミックス製転動体とを有するとともに、前記内・外輪部材の対向環状空間にグリースが、転動体
総体積の２０〜３５％の封入率で封入されている、こと
を特徴とする磁気記録装置。