JP2006090519A - 転がり軸受及びそのユニット - Google Patents

Abstract

【課題】低トルク、低アウトガス、低発塵性能を維持しつつ、長期に渡って潤滑油の漏洩が抑えられ潤滑性能に優れた転がり軸受及びそのユニットを提供する。
【解決手段】内輪２と、外輪４と、複数の転動体５とを備え、前記内輪及び外輪の間に、合成樹脂製で複数の前記転動体を転動自在に保持すべく、全体を円環状に形成され円周方向複数箇所に前記転動体を等間隔に保持する橋落部が設けられている保持器７を介して構成された転がり軸受に於いて、前記内輪の軌道面１、前記外輪の軌道面３及び前記転動体に、潤滑油としてアルキルシクロペンタン油を成膜させ、前記橋落部上に、アルキルシクロペンタン油を基油としたグリースを封入してなり、前記潤滑油の注入量が、軸受内部空間容積の０．１〜５体積％であ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及びそのユニットを提供する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、転がり軸受及びそのユニットに係り、詳しくは、ハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤと称する）の構成部品の一部であるアクチュエータ（特にスイングアーム）の揺動運動部分に組込まれた軸受及びユニットに関するものである。

コンピュータ関連産業は、他の産業分野に比較すると歴史の浅い部分であるにも関わらず技術革新のスピードが速い。特に、ＨＤＤは一つの機種の存在期間が短い上、新技術を導入した新機種（小電力化、高応答性、高精度化、コンパクト化等）が次々と開発される。これらに伴い、ＨＤＤ用のアクチュエータとして往復揺動運動を支承する転がり軸受も長期信頼性、低トルク化、低アウトガス化等が要求されている。

特に、ノート型コンピュータにおいては、省電力化が進んでおり、モータの電流値を低減させる傾向にあるため、軸受の低トルク化が必要となっている。また、更なるＨＤＤの小型化により車載用ＨＤＤも普及されて来ている。車載用ＨＤＤはスペース上の問題で非常にコンパクトな設計となり、スペース的に軸受からの発塵を防ぐシールが簡易的な構造となる為、更なる要求項目として低発塵性要求され、また使用温度的な要求は自動車関連機器に要求される為、極低温における安定した低トルク性能、高温における耐久性能向上が必要となる。

従来、ＨＤＤアクチュエータ（特にスイングアーム）用転がり軸受では潤滑確保に転動体間の外輪内径部若しくは内輪外径部の間隙（外輪若しくは内輪軌道面溝最大径部狙い）にグリースを充填した潤滑方式が採られている。最近では、上記要求性能をクリアする為に、特開２００２−１３０３０４号公報（特許文献１）では、25℃における蒸気圧が1．3×10^-3Ｐａ以下である合成潤滑油が封入されたハードディスクドライブアクチュエータ用転がり軸受や、特開２００３−９７５７３号公報（特許文献２）には、内輪及び前記外輪の各軌道面並びに前記転動体の表面に潤滑油からなる皮膜が成膜されているとともに円環状の基部の円周方向に沿って立設された複数の突起及び突起間を連結して凹状をなす橋落部で形成される転動体保持用の橋落部にグリースが保持されていることを特徴とするハードディスクドライブ用転がり軸受が開示されている。

特許文献２には、フッ素油が潤滑剤の例として挙げられている。フッ素系潤滑剤は、真空環境でも使用される潤滑剤であり、蒸気圧が低く、低アウトガス化に有効である。しかしながら、金属面への濡れ性が悪く、通常の合成油、鉱油に比して潤滑性や発塵性に劣ると言うデメリットも抱えている。また、特許文献１では、蒸気圧の低い潤滑油のみで潤滑することにより、低トルク化や低アウトガス化がなされており、長期的な耐久性を付与する為にある程度の潤滑油量を確保することが必要となり、使用環境によっては軸受からの潤滑油の滲み出しが懸念される。

ＨＤＤの構成部品の一部であるアクチュエータ（特にスイングアーム）の揺動運動部分に組込まれた軸受及びユニットは、内輪と外輪が所望角度（約２６°以下）範囲内で繰り返し往復揺動する。しかしながら、従来のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受には、グリースを転動体間と外輪内径部若しくは内輪外径部の間隙に充填した潤滑方式が採られているが、初期になじみ回転を行っても低トルク化と言う面では十分な効果が得られていない。

ＨＤＤアクチュエータ用軸受にあっては、上述のように微少角度の揺動運動が繰返される。そのため、従来主流となっている内外輪と転動体の転送面にグリースが封入されているグリース潤滑では、グリースの攪拌抵抗による、微少角度の回転トルクが増大や、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恐れがある。高精度の読み書き動作や高応答性、小電力化が望まれているＨＤＤにとって、低トルク化、低トルク変動が転がり軸受に要求されている。

また、更なるＨＤＤの小型化により車載用ＨＤＤも普及されて来ている。車載用ＨＤＤはスペース上の問題で非常にコンパクトな設計となり、スペース的に軸受からの発塵を防ぐシールが簡易的な構造となる為、更なる要求項目として低発塵性が要求される。
特開２００２−１３０３０４号公報 特開２００３−９７５７３号公報

本発明が解決しようとする問題点は、前述した従来技術の問題である。
そこで、本発明は、低トルク、低アウトガス、低発塵性能を維持しつつ、長期に渡って潤滑油の漏洩が抑えられ潤滑性能に優れた転がり軸受及びそのユニットを提供することを目的としている。

本発明者等は、鋭意研究した結果、転がり軸受の内輪・外輪軌道面、及び転動体に、アルキルシクロペンタン油の潤滑油膜を特定量で成膜させ、更に、グリースを保持器の転動体を保持する各突起間の橋落部上に、上記潤滑油を基油としたグリースを封入することで、前記目的を達成し得ることの知見を得た。

本発明は、前記知見に基づきなされたもので、内輪と、外輪と、複数の転動体とを備え、前記内輪及び外輪の間に、合成樹脂製で複数の前記転動体を転動自在に保持すべく、全体を円環状に形成され円周方向複数箇所に前記転動体を等間隔に保持する橋落部が設けられている保持器を介して構成された転がり軸受に於いて、前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面及び前記転動体に、潤滑油としてアルキルシクロペンタン油を成膜させ、前記橋落部上に、アルキルシクロペンタン油を基油としたグリースを封入してなり、前記潤滑油の注入量が、軸受内部空間容積の０．１〜５体積％であ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を提供するものである。

また、本発明は、前記転がり軸受を少なくとも一部に含む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ユニットを提供する。

本発明によれば、低トルク、低アウトガス、低発塵性能を維持しつつ、長期に渡って潤滑油の漏洩が抑えられ潤滑性能に優れた転がり軸受及びそのユニットが提供される。

以下、本発明のハードディスクドライブアクチュエータ用転がり軸受及びそのユニットについて、その好ましい実施形態に基づき説明する。

本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受は、その一実施形態として、図３に示すＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受１１が挙げられる。図３に示すように、本実施形態の転がり軸受１１は、内輪２と、外輪４と、複数の転動体（玉）５とを備え、該内輪２及び外輪４の間に、合成樹脂製で複数の転動体５を転動自在に保持する保持器７を介して構成されている。また、転がり軸受１１には、所定の箇所に、シール部材６が備えられている。また、図４に示すように、保持器７は、その全体を円環状に形成され、基部８と、該基部８上の円周方向複数箇所に設けられた突起９と、各突起９間に位置するように設けられた複数の橋落部１０とから構成される。この橋落部１０は、複数の転動体５を等間隔に保持するポケットＰとしての役割をしている。

そして、転がり軸受１１は、内輪２の軌道面１、外輪４の軌道面３及び転動体５に、潤滑油としてアルキルシクロペンタン油を成膜させている。
更に、転がり軸受１１は、保持器７の転動体５を保持する各突起９間の橋落部１０上に、アルキルシクロペンタン油を基油としたグリースを封入している。

また、本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受ユニットは、その一実施形態として、図５に示すＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受ユニット１４が挙げられる。図５に示すように、本実施形態の転がり軸受ユニット１４は、本体中央部に位置する軸１３と、その周囲に設けられる複数の転がり軸受１１と、これらをカバーするためのハウジング１２とから構成されている。

本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受及びそのユニットに使用されるアルキルシクロペンタン油は、低蒸気圧であり、金属表面への濡れ性に優れていることから低アウトガスであり、潤滑性に優れた潤滑剤である。アルキルシクロペンタン油を用いた潤滑油を軸受に塗油し、同潤滑油を基油としたグリースを保持器の転動体を保持する各突起間の橋落部上に封入することで、グリースより徐々に潤滑油を転がり接触部へ供給することが可能となり、最初に軸受に塗油する潤滑油を少量にすることが出来る。最初に塗油する潤滑油を少量に抑えることで、軸受からの潤滑油の滲み出しを抑えることが可能となる。

＜作用＞
本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受は、潤滑油膜を軸受内輪・外輪、転動体及び保持器に成膜した油潤滑であるので流動性に富み、更に、グリースを保持器の転動体を保持する各突起間の橋落部上に保持させることで、徐々に転送面に潤滑油を供給できるようにオイルリザーバ機能を付加させる。軸受に成膜する潤滑油膜は、潤滑油を直接軸受内部のみに注入することが好ましい。潤滑油膜を軸受内部のみに成膜することで、軸受外部のべとつきの問題やスイングアームユニットに組込む際、軸受外輪を接着する為の拭き取り作業を省略できる。また、軸受内部に直接注入することで、軸受を潤滑油に浸漬する方法と比較し、より多くの潤滑油を封入することが出来るので、より厚い潤滑油膜を確保できる。更には、軸受外部は絶乾であるのでＨＤＤ中の記録媒体を潤滑油で汚染する恐れはない。

軸受内部への潤滑油の注入方法は、特に制限されないが、注入量の制御可能な方法を採用する必要がある。例えば、軸受下部にシール板を予めはめ込み、上部より軸受保持器の橋落部数だけ均等にノズルを出し、上部から潤滑油を軸受内部に均一に規定量注入し成膜することが出来る。また、保持器の転動体を保持する各突起間の橋落部上に保持させるグリースは上記潤滑油膜を成膜後、グリースノズルにより、各突起間の橋落部上から転動体間と外輪内径部若しくは内輪外径部の間隙に落ちないように等配に封入する。こうすることにより、主なる潤滑は軸受内輪・外輪、転動体及び保持器に成膜した潤滑油により成され、各突起間の橋落部上に封入されたグリースにより徐々に潤滑油を長期に渡り供給することが出来る。

上記の作用により、油潤滑特有の優れたトルク特性を維持させつつ、長期的に潤滑油を供給することが可能となり、スイングアーム軸受及びユニットとしての耐久性を大幅に向上させることができる。

軸受内部に塗油する潤滑油の注入量は、軸受内部空間容積の０．１〜５体積％である。該注入量がかかる範囲内にあることで、耐磨耗特性及び潤滑油漏洩性を確保できる。

保持器の転動体を保持する各突起間の橋落部上に保持させるグリース封入量としては、潤滑油供給能力及び橋落部上にグリースを保持できる量を考慮すると、軸受内部空間容積の０．５〜５体積％が好ましい。

当該転がり軸受に使用される軸受内部に塗油される潤滑油、及びグリースは、アルキルシクロペンタン油を基油とした潤滑剤が好ましい。ＨＤＤ用転がり軸受として使用される上で、低アウトガス性能も重視されることから、潤滑油及びグリースには下記一般式で表されるアルキルシクロペンタン油を気ユニ用いることが好ましい。

ここで、Ｒはアルキル基であり、中でも炭素数５〜４０のアルキル基が好ましい。Ｍは１〜３の整数であり、特にｍ＝３が好ましい。特に好ましいアルキルシクロペンタン油としては、例えばトリス（２−オクチルドデシル）シクロペンタン、トリス（３−ヘキシルドデシル）シクロペンタン等が挙げられる。また、基油はこれらの混合油であってもよい。また、基油の動粘度は特に限定されないが、４０℃において５０〜３００ｍｍ/sであることが好ましい。当該潤滑油及びグリースは市販で購入することが出来る。アルキルシクロペンタン油はNye Lubricants社のNye2001オイルシリーズ。また、上記潤滑油を基油としたグリースとしては協同油脂社のスペースルブグリース等が挙げられる。

＜実施例＞
以下に実施例及び比較例を示して、本発明を明確にする。
本発明の供試軸受及び比較用供試軸受について示す。
供試軸受：単列深溝玉軸受、非接触スチールシール（Ｚ形）、軸受呼び番号Ｍ Ｒ７４（日本精工株式会社製）寸法は内径４ｍｍ、外径７ｍｍ、幅２ｍｍ

本発明の実施例１〜４及び比較例１〜３について、表１に示す。
グリース封入位置は、保持器突起間の橋落部をＩ、軌道面溝最大径部狙いをIIとする。

トルク評価
軸受内輪を低速で回転させ、軸受外輪のトルクを測定した。
アキシャル荷重：６．８６Ｎ，回転数：１０ｒ／ｍｉｎ
比較例１のトルクの半分以下を合格とした。
また、実施例１のグリース量を変えてトルク評価を行った（図１）

耐久評価（図２）
表１に示すように、供試軸受を試作し、比較例の空間容積の１０％注入し、７０℃の恒温槽中で周波数：９０Ｈｚ、アキシャル荷重：３．９Ｎ、揺動角度：８°の条件下で揺動させ、トルクの変動が初期の５倍以上になった時点を寿命とした。また、揺動回数を最大５千万回とした。

磁気ディスクへの移着試験
潤滑剤アウトガスの移着試験は表１に記載される潤滑剤を供試潤滑剤とし、密閉容器中中央に磁気ディスクを置き、供試潤滑剤１０ｇをシャーレ中に計り取り、同じ密閉容器内に置いて、密閉容器を１３０℃に保ち、１３０℃に達した時点から２４時間放置した。密閉容器は真空ポンプにより排気を行い、減圧下（１．３Ｐａ）にて評価を行った。その後、時期ディスクを取り出し、磁気ディスク表面を実体顕微鏡（１００倍）で観察を行い、潤滑油付着の有無を確認した。上記移着試験を供試潤滑剤当たり５回繰り返し行い、潤滑油付着が付着しない潤滑油を合格（表１：○）とした。

本発明は、低トルク、低アウトガス、低発塵性能を維持しつつ、長期に渡って潤滑油の漏洩が抑えられ潤滑性能に優れた転がり軸受及びそのユニットとして、産業上の利用可能性を有する。

実施例におけるトルク評価のグラフである。 実施例における耐久評価のグラフである。 本発明のハードディスクドライブアクチュエータ用転がり軸受の一実施形態を示す断面図である。 図３に示す転がり軸受の保持器を示す構成図である。 本発明のハードディスクドライブアクチュエータ用転がり軸受ユニットの一実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１…内輪軌道面、２…内輪、３…外輪軌道面、４…外輪、５…転動体（玉）、６…シール部材、７…保持器、８…基部、９…突起、１０（Ｐ）…橋落部（ポケット）、１１…転がり軸受、１２…ハウジング、１３…軸、１４…転がり軸受ユニット

Claims (2)

1. 内輪と、外輪と、複数の転動体とを備え、前記内輪及び外輪の間に、合成樹脂製で複数の前記転動体を転動自在に保持すべく、全体を円環状に形成され円周方向複数箇所に前記転動体を等間隔に保持する橋落部が設けられている保持器を介して構成された転がり軸受に於いて、
   前記内輪の軌道面、前記外輪の軌道面及び前記転動体に、潤滑油としてアルキルシクロペンタン油を成膜させ、
   前記橋落部上に、アルキルシクロペンタン油を基油としたグリースを封入してなり、
   前記潤滑油の注入量が、軸受内部空間容積の０．１〜５体積％である、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。
2. 請求項１記載の転がり軸受を少なくとも一部に含む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ユニット。
   
   

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