JP2008115991A - ハードディスクドライブアクチュエータ用転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】低トルクでトルク変動も少なく、アウトガスの発生も少なく、更に長期にわたり良好な潤滑性能を安定に維持できるＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪と、外輪と、複数の転動体と、合成樹脂製で、かつ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ポケットを有する保持器とを備え、前記保持器の前記橋落部上に、基油として４０℃における動粘度が６０〜１２０ｍｍ²／ｓである潤滑油、増ちょう剤として下記（Ｉ）式で表されるウレア化合物を含有するウレアグリースが保持されているとともに、前記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前記基油を構成する潤滑油からなる油膜が成膜されているＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受。
【選択図】図１

Description

本発明は、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）の往復揺動運動部分に組み込まれたり、ユニットとして使用されるＨＤＤ用転がり軸受に関する。

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業種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（高信頼性、小電力化、高応答性、高精度化、コンパクト化等）が次々と開発されている。これに伴って、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には、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、軸受の低トルク化は重要な課題となっている。

しかし、ＨＤＤ用アクチュエータの往復揺動運動部分に組み込まれる転がり軸受では、潤滑のために、転動体間の外輪内径部または内輪外径部の隙間（外輪または内輪軌道面溝最大径部）にグリースを充填した潤滑方式が主流となっており、例えばスイングアームに使用される転がり軸受では、内輪と外輪とが所定角度（一般的には約２６°以下）の範囲内で繰り返し往復揺動するため、運転初期になじみ回転を行っても、グリースの攪拌抵抗のために低トルク化には限界がある。また、グリース潤滑方式では、グリースの引掛かり現象によるトルクの変動が生じるおそれもある。トルク変動は位置決め精度に影響するため、極力抑えることが要求されているが、この点でも不利といえる。

そこで、潤滑油を注入する潤滑油潤滑方式も一部採られており、例えばフッ素油を注入することが行われている(特許文献１参照)。しかし、フッ素油は真空環境でも使用できるほど蒸気圧が低いため、低アウトガス化には有効であるものの、金属面への濡れ性が悪く、合成油や鉱油に比べて潤滑性や発塵性に劣るというデメリットも抱えている。また、蒸気圧の低い合成油を封入することにより、低トルク化や低アウトガス化とともに潤滑性の向上を図ることも行われているが(特許文献２参照)、長期的な耐久性を付与するためにはある程度の潤滑油量を確保することが必要であり、使用環境によっては軸受から流出するおそれがある。

特開２００３−９７５７３号公報 特開２００２−１３０３０４号公報

上述のように、ＨＤＤ用アクチュエータに使用される転がり軸受では、低トルクでトルク変動も少なく、低アウトガスであり、更に潤滑寿命も長いことが要求されているが、これまでのグリース潤滑方式及び潤滑油潤滑方式では、共に十分とはいえない状況にある。更に、特にサーバクラスのＨＤＤではアクチュエータユニットの軸に剛性を持たせるために軸受へのアキシアル予圧を高める傾向があり、軸受はフレッチング摩耗が起こりやすい環境下にあることから、より一層の耐久性も求められている。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、低トルクでトルク変動も少なく、アウトガスの発生も少なく、更に長期にわたり良好な潤滑性能を安定に維持できるＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は下記のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受を提供する。
（１）内輪と、外輪と、複数の転動体と、合成樹脂製で、かつ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ポケットを有する保持器とを備え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において、前記保持器の前記橋落部上に、基油として４０℃における動粘度が６０〜１２０ｍｍ²／ｓである潤滑油、増ちょう剤として下記（Ｉ）式で表されるウレア化合物を含有するウレアグリースが保持されているとともに、前記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前記基油を構成する潤滑油からなる油膜が成膜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。
Ｒ１−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ２−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ３ ・・・（Ｉ）
〔式中、Ｒ２は炭素数６〜１５の芳香族系炭化水素基を表し、Ｒ１，Ｒ３はそれぞれ炭素数８〜１８の直鎖アルキル基を表し、かつ、同一でも異なっていても良い。〕
（２）前記転動体がセラミックス製であることを特徴とする上記（１）記載のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受。

本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受では、内輪軌道面、外輪軌道面及び転動体表面に油膜を成膜したため、グリース潤滑に比べて、低トルク化及びトルク変動の抑制を大幅に図ることができる。更に、保持器の転動体を保持する各突起間の橋落部上にグリースを保持させることで、徐々に転走面に潤滑油を供給するオイルリザーバ機能が付加されており、長期にわたり良好な潤滑性を安定に維持できる。しかも、グリースとして特定動粘度の基油及び特定ウレア化合物からなる増ちょう剤を含有するため、低トルク化、低トルク変動、潤滑寿命がより向上する。

以下、本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受について図面を参照して詳細に説明する。

本発明において、ＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受の構造自体は制限されるものではなく、例えば図１に断面図で示される玉軸受１を例示することができる。この玉軸受１は、外周面に内輪軌道面１を有する内輪２と、内周面に外輪軌道面３を有する外輪４とを同心に配し、内輪軌道面１と外輪軌道面３との間に複数個の転動体である玉５を保持器７により転動自在に保持し、シール部材６により密封して概略構成される。また、保持器７は、ポリアミド等のベース樹脂にガラス繊維等の補強材や各種添加剤を配合した合成樹脂製で、その形状は例えば図２に斜視図で示されるように、全体が略円環状の基部８の円周方向に沿って立設された複数の突起９と、隣接する突起９を連結して凹状をなす橋落部１０で形成される転動体保持用のポケットＰとを有する。

本発明では、各橋落部１０の上面１０ａに、ウレアグリース（図示せず）を保持させる。ここで、ウレアグリースの基油には、低トルクや低トルク変動、低アウトガスを目的として、４０℃における動粘度が６０〜１２０ｍｍ²／ｓ、好ましくは６５〜１００ｍｍ²／ｓのものを用いる。４０℃における動粘度が６０ｍｍ²／ｓ未満の基油では低級の炭化水素がアウトガスとして発生しやすく、１２０ｍｍ²／ｓを超える基油ではトルクが大きくなる。

尚、基油を構成する潤滑油としては、上記の動粘度を満たす限り制限はないが、鉱油やポリα−オレフィン油、エステル油（芳香族系三塩基酸と分岐アルコールとの反応で得られるトリエステル油、多価アルコールと一塩基酸との反応で得られるヒンダードエステル油、多価アルコールと二塩基酸・一塩基酸の混合脂肪酸とのオリゴエステルであるコンプレックスエステル油等）、エーテル油（Ｃ１２〜Ｃ２０のアルキル鎖が誘導されたアルキルポリフェニルエーテル油、アルキル類が誘導されたアルキルナフタレン等）を好適に使用できる。中でも、１−デセンを原料とするポリα−オレフィン油は、アウトガスも少なく、ＨＤＤで使用される他の樹脂部材との相性にも問題が無く、好ましい。

また、増ちょう剤には、下記（Ｉ）式で表されるウレア化合物を用いる。式中、Ｒ２は炭素数６〜１５の芳香族系炭化水素基を表す。また、Ｒ１，Ｒ３はそれぞれ炭素数８〜１８の直鎖アルキル基を表し、同一でも異なっていても良い。
Ｒ１−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ２−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ３ ・・・（Ｉ）

上記ウレア化合物は、脂肪族アミンとイソシアネートとを反応させて得られる脂肪族ウレア化合物であるが、脂肪脂環式ウレア化合物や芳香族ウレア化合物に比べて、同じ混和ちょう度に仕上げる場合に配合量が少なくて済むことから、グリースとしたときも攪拌抵抗が小さく、低トルク及び低トルク変動を図ることができる。具体的は、ウレア化合物の含有量は、グリース全量の１０〜１５質量％で十分であり、一般的なグリース中の増ちょう剤に比べて少なくてすむ。また、ＨＤＤアクチュエータでは揺動運動するためフレッチング摩耗が生じやすいが、脂肪族ウレア化合物はせん断応力を受けると流動しやすい特性も兼ね備えるため、耐フレッチング摩耗性にも優れる。更に、ウレア化合物は一般に金属石けんの増ちょう剤に比べて金属表面に潤滑膜を形成しやすいことから、金蔵部材である軸受部材同士の接触を抑える効果もある。

また、ウレアグリースには、必要に応じて、通常添加される各種添加剤を適量添加してもよい。

保持器７の橋落部１０におけるウレアグリースの保持量は、多いほど基油を構成する潤滑油の供給能力も高まり好ましいが、橋落部１０の上面１０ａの形状や寸法により実質的に決まる。一般的な冠型保持器では、合計で軸受内部空間容積の０．５〜５体積％とすることが好ましい。

また、本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受では、保持器７の橋落部１０にウレアグリースを保持させることに加え、内輪軌道面１、外輪軌道面３及び玉５の表面に、ウレアグリースの基油を構成する潤滑油と同一の潤滑油からなる油膜が成膜されている。成膜量は、潤滑寿命を考慮すると、合計で軸受内部空間容積の０．１〜５体積％が好ましい。

本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受を製造するには、制限されるものではないが、例えば以下の工程に従えばよい。

軸受を組み立てた後、先ず、内輪軌道面１、外輪軌道面３及び玉５の表面に上記の油膜を成膜する。成膜方法としては、軸受内部に潤滑油を直接注入する方法を採ることが好ましい。軸受を潤滑油に浸漬する方法も可能であるが、直接注入することにより軸受の外表面に潤滑油が付着することがなくなるため、べとつきが無く取り扱い性が良好であり、またＨＤＤアクチュエータに軸受を組込む際の外輪を接着するための拭取り作業を省略することができ、更にはＨＤＤ中の磁気ディスクを汚染するおそれもない。また、浸漬方式に比べてより多量の潤滑油を内輪軌道面１、外輪軌道面３及び玉５の表面に供給できるため、より厚膜の潤滑油膜を成膜できるという利点もある。

尚、潤滑油を軸受内部に直接注入する方法は制限されるものではないが、潤滑油膜の膜厚を均等にするために、潤滑油の注入量を制御できる方法を採用する必要がある。例えば、軸受を一方の側面を下にしてシール板を介在させて水平面上に置き、上方より保持器７の各ポケットＰにノズルを差し入れ、各ノズルから規定量を均等に供給する方法を採用することができる。

次いで、軸受を、突起９が上方を向くように水平状態に維持して、上方より保持器７の各ポケットＰにグリースノズルを差し入れ、各グリースノズルから玉５と内輪２の外径部または外輪４の内径部との隙間にグリースが流下しないように規定量を均等に供給する。

本発明のＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受は、種々の変更が可能である。ＨＤＤアクチュエータユニットはアウトガスの発生を防ぐために、防錆油を塗らずにステンレス鋼製の部材をそのまま使用しており、特に揺動運動を繰り返し行うスイングアーム用の転がり軸受ではフレッチング摩耗を起こしやく、また金属材料同士の接触ではあることから凝着摩耗も発生しやすい。そこで、転動体である玉５を、窒化珪素等のセラミックス製とすることが好ましい。

以下に実施例及び比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。

〔試験−１〕
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：ＭＲ７４（日本精工（株）製）、寸法：内径４ｍｍ、外径７ｍｍ、幅２ｍｍ）に、表１に示す潤滑剤仕様にてグリース及び潤滑油を適用した。グリースは保持器の突起間橋落部（表中のグリース充填位置の欄に「Ａ」で示す）、または玉と外輪内径溝最大径との隙間（表中のグリース充填位置の欄に「Ｂ」で示す）に保持させた。また、全ての軸受の内輪軌道面、外輪軌道面及び玉表面には、グリースの基油を構成する潤滑油と同一の潤滑油を塗布して油膜を成膜した。

（１）初期トルク試験
実施例４の潤滑剤仕様に従い、グリース保持量及び油膜量（何れも軸受空間容積に対する値）を表２に示す如く変えて軸受Ａ〜Ｃを作製した。また、比較例５の潤滑仕様に従いグリース保持量を５体積％、油膜量を１０体積％として軸受Ｄを、比較例６の潤滑仕様に従いグリース保持量を５体積％、油膜量を１０体積％として軸受Ｅを、比較例２の潤滑仕様に従いグリース保持量を５体積％、油膜量を１０体積％として軸受Ｆを作製した。そして、軸受Ａ〜Ｆをピボット軸受ユニットとし、周波数９０Ｈｚ、アキシアル荷重３．９Ｎ、揺動角度±１０°で揺動させたときの初期電流を測定し、初期トルクとした。結果を図３に示すが、軸受Ｄ（比較例５）の測定値を１とする相対値で示してある。

（２）耐久試験
実施例１、実施例２、実施例３、実施例４、比較例１、比較例２、比較例３、比較例４、比較例７の各潤滑仕様に従い、何れもグリース保持量を３体積％、油膜量を５体積％として軸受Ｇ〜Ｏを作製した。そして、軸受を９０℃の恒温槽中で、周波数９０Ｈｚ、アキシアル荷重３．９Ｎ、揺動角度±１０°で５億回揺動させたときのトルクを測定し、初期トルクを１としたときの変動値を求めた。結果を図４に示す。

図３及び図４から、本発明に従い、前記保持器の前記橋落部上に、４０℃における動粘度が６０〜１２０ｍｍ²／ｓの基油に脂肪族ウレア化合物を配合したウレアグリースを保持器の突起部の橋落部に保持し、更に内輪及び外輪の各軌道面並びに玉表面に基油を構成する潤滑油からなる油膜を成膜することで、低トルクで、耐フレッチング摩耗性にも優れ耐久性が改善されることがわかる。

〔試験−２〕
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：ＭＲ７４（日本精工（株）製、寸法：内径４ｍｍ、外径７ｍｍ、幅２ｍｍ）に、表３に示す潤滑剤仕様でグリース及び潤滑油を適用した。グリースの保持部分は試験−１と同様であり、全ての軸受に同様に油膜を成膜した。また、表記のように、転動体には窒化珪素製またはステンレス鋼製とした。

（１）初期トルク試験
実施例８の潤滑剤仕様に従い、グリース保持量及び油膜量を表３に示す如く変えて軸受ａ〜ｃを作製した。また、比較例１２の潤滑仕様に従いグリース保持量を５体積％、油膜量を１０体積％として軸受ｄを、比較例１３の潤滑仕様に従いグリース保持量を５体積％、油膜量を１０体積％として軸受ｅを、比較例９の潤滑仕様に従いグリース保持量を５体積％、油膜量を１０体積％として軸受ｆを作製した。そして、軸受ａ〜ｆをピボット軸受ユニットとし、周波数９０Ｈｚ、アキシアル荷重３．９Ｎ、揺動角度±１０°で揺動させたときの初期電流を測定し、初期トルクとした。結果を図５に示すが、軸受ｄ（比較例１２）の測定値を１とする相対値で示してある。

（２）耐久試験
実施例５、実施例６、実施例７、実施例８、比較例９、比較例１０、比較例１１、比較例１４、比較例１５の各潤滑仕様に従い、何れもグリース保持量を３体積％、油膜量を５体積％として軸受ｇ〜ｐを作製した。そして、軸受を９０℃の恒温槽中で、周波数９０Ｈｚ、アキシアル荷重３．９Ｎ、揺動角度±１０°で５億回揺動させたときのトルクを測定し、初期トルクを１としたときの変動値を求めた。結果を図６に示す。

図５及び図６に示すように、試験−１と同様の試験結果が得られているが、窒化珪素製の玉を用いることで、図６に示すようにトルク変動値が全体的に低下している。このことから、転動体を金属製からセラミックス製に代えることで、耐久性がより高まることがわかる。

本発明のＨＤＤ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１に示すＨＤＤアクチュエータ用転がり軸受の保持器を示す斜視図である。 試験−１において、（１）初期トルク試験で得られた潤滑剤総量と初期トルクとの関係を示すグラフである。 試験−１において、（２）耐久試験で得られたトルク変動値を示すグラフである。 試験−２において、（１）初期トルク試験で得られた潤滑剤総量と初期トルクとの関係を示すグラフである。 試験−２において、（２）耐久試験で得られたトルク変動値を示すグラフである。

符号の説明

１ 内輪軌道面
２ 内輪
３ 外輪軌道面
４ 外輪
５ 玉
６ シール部材
７ 保持器
８ 基部
９ 突起
１０ 橋落部
Ｐ ポケット

Claims (2)

1. 内輪と、外輪と、複数の転動体と、合成樹脂製で、かつ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ポケットを有する保持器とを備え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において、
   前記保持器の前記橋落部上に、基油として４０℃における動粘度が６０〜１２０ｍｍ²／ｓである潤滑油、増ちょう剤として下記（Ｉ）式で表されるウレア化合物を含有するウレアグリースが保持されているとともに、前記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前記基油を構成する潤滑油からなる油膜が成膜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。
   Ｒ１−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ２−ＮＨＣＯＮＨ−Ｒ３ ・・・（Ｉ）
   〔式中、Ｒ２は炭素数６〜１５の芳香族系炭化水素基を表し、Ｒ１，Ｒ３はそれぞれ炭素数８〜１８の直鎖アルキル基を表し、かつ、同一でも異なっていても良い。〕
2. 前記転動体がセラミックス製であることを特徴とする請求項１記載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。

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