JP2011157978A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】材料コストの削減が可能な軸受装置を提供する。
【解決手段】シャフト２の端部にフランジ５を設け、このフランジ５と玉軸受７の内輪９との間に環状のシール板３を挟んで保持させる。シール板３の外周とスリーブ４との間にラビリンスシール１４を形成することで、潤滑剤の漏洩を防止する。シール板３を利用することで、フランジ５の外径を小径化でき、材料コストの削減が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、玉軸受に封入されている潤滑剤の漏洩が防止される構造の軸受装置に関する。

例えば、磁気ディスク装置のヘッド用軸受機構に用いられる軸受装置は、磁気ディスクの損傷を低減するために、玉軸受に封入されている潤滑剤の漏洩を防止する構成とされている。この技術に関連して、以下の技術が公知である。

特許文献１には、潤滑剤の飛散や滲み出しを少なくする構造の軸受装置において、玉軸受の軸方向外側にシールド板を設け、このシールド板とハウジングとの間に２００μｍ以下の微小な隙間を設ける構成が記載されている。

特許文献２には、玉軸受の軸方向外側に隙間を隔ててシールド板を配置した構造の軸受装置が記載されている。特許文献３には、軸の一端側に設けられたフランジ部の外周面とハウジングの内周面との間の隙間、および軸の他端側外周面に固定したワッシャー状のシールキャップの外周面とハウジングの内周面との間の０．０５ｍｍ以下の隙間によるラビリンスシールをそれぞれ設けた軸受ユニットが開示されている。

特許文献４には、ベースに立設したスピンドルのまわりに一対の軸受装置を介してロータハブを嵌合させ、上側に位置する軸受装置に、複数枚のシール板をスピンドルの外周面またはロータハブの内周面に固定し、シール板の外周面とロータハブの内周面との間、またはシール板の内周面とスピンドルの外周面との間のわずかな隙間からなるラビリンスシールを複層設けたスピンドルモータが開示されている。

特開平１１−１６６５２６号公報 特開２００１−８４７１６号公報 特開２００８−６９９２０号公報 特開平１１−１２２８６０号公報

近時、磁気ディスク装置の記憶密度が高まるのにともない、より確実に潤滑剤の漏洩を防止でき、さらに安価なピボットアッシー軸受が強く望まれている。これらの要望に対して、特許文献１および２には、ストレートなシャフトに環状部材を取り付け構成したラビリンスシールを有する低コストのピボットアッシー軸受が開示されている。特許文献１および２に開示されたピボットアッシー軸受は、シャフトを製造するバー材の外径寸法が小さく、材料費の削減は可能だが、シャフトに取り付けた環状部材がベース側に脱落する危険性が残っていた。また、ピボットアッシー軸受をベースに取り付けた際の安定性に難点があった。さらに、特許文献２の転がり軸受は開放型のためシール機能が弱いという難点があった。

一方、特許文献３に開示されたピボットアッシー軸受のシャフトは、外形寸法の大きいフランジが設けられているので、ピボットアッシー軸受をベースに取り付けた際の安定性は優れている。しかしながら、シャフトを製造するバー材の外径寸法が大きいので切削部分が多く加工コスト、材料コストが高価になる難点が残っていた。

このような背景において、本発明は、フランジがストッパーとなってシャフトに取り付けられた環状部材がベース側に脱落する危険性がない構造において、特に材料コストの削減が可能な軸受装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、フランジが設けられたシャフトと、前記シャフトを回転自在な状態で支持する玉軸受と、前記玉軸受が内側に固定されたスリーブと、前記フランジと前記玉軸受の内輪との間に挟まれることで保持され、前記スリーブとの隙間にラビリンスシールを形成する環状のシール部材とを備えることを特徴とする軸受装置である。

請求項１に記載の発明によれば、フランジにより玉軸受の保持が行われ、フランジと玉軸受の内輪との間に挟まれ保持される環状のシール部材により、玉軸受の潤滑剤の外部への漏出が防止される。このため、従来構造のフランジを用いた軸受装置と同様の性能が確保される。またこの構造では、ラビリンスシールを構成するためにフランジを直接利用しないので、フランジの外径を小径化することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フランジの外周面の位置が前記玉軸受の内輪の外周面の位置よりも外側にわずかに突出していることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記環状のシール部材の外延部は折り曲げられており、前記折り曲げられた部分と前記スリーブとの間にラビリンスシールが形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、フランジがストッパーとなってシャフトに取り付けられた環状部材がベース側に脱落する危険性がない構造において、特に材料コストの削減が可能な軸受装置が提供される。

請求項２に記載の発明によれば、フランジの機能を損なわずにフランジの小径化を図ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、ラビリンスシールの機能を更に向上させることができる。

実施形態の軸受装置の断面図（Ａ）とその一部を拡大した断面図（Ｂ）である。 実施形態の軸受装置の組立手順を示す断面図である。 転がり軸受の断面図である。 他の実施形態の断面図（Ａ）とその一部を拡大した断面図（Ｂ）である。 他の実施形態の断面図（Ａ）とその一部を拡大した断面図（Ｂ）である。 他の実施形態の断面図（Ａ）とその一部を拡大した断面図（Ｂ）である。

（構成）
図１には、実施形態の軸受装置であるピボットアッシー軸受装置１が示されている。ピボットアッシー軸受装置１は、ハードディスクドライブ装置において情報を読み書きする磁気ヘッドが取り付けられたスイングアームを揺動自在に支持する用途に利用される。ピボットアッシー軸受装置１は、図示されていないスイングアームブロック（Ｅブロック）の貫通孔に嵌合され用いられる。

ピボットアッシー軸受装置１は、シャフト２を備えている。シャフト２は、一対の玉軸受６および７により回転自在な状態で保持されている。すなわち、玉軸受６は、内輪８と外輪１０との間に転動体１２を保持し、玉軸受７は、内輪９と外輪１１との間に転動体１３を保持している。そして内輪８および９は、シャフト２の外周に固定され、外輪１０および１１は、筒状構造体であるスリーブ４の内側に固定されている。また、内輪８、９と外輪１０、１１との隙間、転動体１２、１３の周囲には、潤滑用のグリース、潤滑油等の潤滑剤が封入されている。

シャフト２には、一端側（図の下側）と他端側（図の上側）があり、磁気ディスク装置のベース（図示省略）に固定されるシャフト２の一端側にはスリーブ４の内径よりも小さい外径寸法を有するフランジ５が設けられている。フランジ５の外径寸法は、内輪９を当接させて予圧をかけられる寸法であればよいが、大きすぎると材料が無駄になるので、内輪９の外径寸法と同じか、好ましくはわずかに大きいくらいが望ましい。フランジ５側のシャフト２の外周面には、余剰分の接着剤を保持するための接着剤だまりとなる円周溝１８が設けられている。

フランジ５と内輪９との間には、シール板３が挟まれて保持されている。シール板３を軸方向から見ると、中心に孔が設けられた円盤形状を有している。シール板３は、単なる平板の円盤構造ではなく、軸に垂直な方向から見ると、図１に示すように、内側部３ａ、中間部３ｂおよび外延部３ｃを備えた断面構造とされている。

内側部３ａは、半径方向に延在し、その上面が玉軸受７の内輪９に接触し、その下面がフランジ５に接触し、それにより内輪９とフランジ５との間で挟まれている。中間部３ｂは、内側部３ａから軸方向外側に傾斜しつつ半径方向に延在し、内側部３ａとはＲで接続している。外延部３ｃは、半径方向に延在し、中間部３ｂとＲで接続している。外延部３ｃの外周面が、スリーブ４の内周面と微小隙間（０．２ｍｍ以下）を隔てて対向することによって潤滑剤の漏出を防止するためのラビリンスシール１４が形成されている。また、外延部３ｃはフランジ５よりも軸方向外側に突出しない構造とされている。

内側部３ａを内輪９とフランジ５に接触させ、内側部３ａから半径方向への延在部は、軸方向外側に傾斜した中間部３ｂとすることで、内輪９とフランジ５との間に挟まれることによるシール板３の変形を抑えている。また、軸方向外側に傾斜した中間部３ｂをフランジ５の縁部分のテーパ部に接触させないことで、フランジ５とシール板３が干渉しないようにしている。また、中間部３ｂのラジアル方向外側において、外延部３ｃを半径方向に延在させることで、ラビリンスシール１４の形状精度および寸法精度を高くしている。また、外延部３ｃがフランジ５よりも軸方向外側に突出しない構造とすることで、シール板３に外部の部材が接触し難い構造とされている。

シール板３は、フランジ５よりも薄い厚み寸法の金属材をプレス加工することで形成されている。このシール板３の材種は任意であり、例えば金属材料の代わりに、樹脂材料等を選択することも出来る。

スリーブ４の内周面には、一対の玉軸受６および７を軸方向に離間して位置決めするため、外輪１０および１１の端面が当接するスペーサ部１７が設けられている。スリーブ４内側の他端側(図の上側)は、環状シール板１５および１６によりシールされている。

（製造方法）
以下、ピボットアッシー軸受装置１を組み立てる手順の一例を説明する。図２は、ピボットアッシー軸受装置１の組立手順を示す断面図である。まず、図２（Ａ）に示すように、シール板３をシャフト２の他端側（図の上側）から嵌め込み、シャフト２の一端側（下側）に移動させてフランジ５に当接させる。

次いで、シャフト２の一端側（図の下側）外周面に予め設けられた接着剤塗布用Ｖ溝（図示せず）に、嫌気性紫外線硬化型接着剤を塗布する。そして、シャフト２の他端側から玉軸受７を隙間嵌めして、玉軸受７の内輪９の端面をシール板３に当接させる。この段階において、シール板３の固定は、内輪９の当接と内輪９を固定する接着剤の余剰分（円周溝１８にたまった接着剤）による固定程度でよい。次に、紫外線を照射し接着剤を硬化させて、玉軸受７をシャフト２に固定する。こうして、シャフト側ユニット（図２（Ａ）の状態）を得る。

次に、シャフト２の他端側（上側）の外周面と対向するスリーブ４の他端側内周面に嫌気性紫外線硬化型接着剤を塗布する。そして、スリーブ４の他端側から玉軸受６を隙間嵌めして、玉軸受６の外輪１０の端面をスペーサ部１７に当接させる。そして、紫外線を照射し接着剤を硬化させて、玉軸受６をスリーブ４の内側に固定させたスリーブ側ユニット（図２（Ｂ）の状態）を得る。

次に、図２（Ａ）の状態にあるシャフト側ユニットのシャフト２の他端側（図の上側）外周面に予め設けられた接着剤塗布用Ｖ溝と、図２（Ｂ）の状態にあるスリーブ側ユニットのスリーブ４の一端側内周面に嫌気性紫外線硬化型接着剤を塗布する。そして、図２（Ａ）の状態にあるシャフト側ユニットを、図の下の方向から図２（Ｂ）の状態にあるスリーブ側ユニットの内側に挿入する。この際、玉軸受６の内輪８をシャフト２の他端側から隙間嵌めし、玉軸受７の外輪１１をスリーブ４の一端側内周面に隙間嵌めして外輪１１の上側の端面をスペーサ部１７に当接させる。こうして、図２（Ｃ）の状態を得る。

次に、シャフト２の下部を支えた状態において、シャフト２の他端側（図の上側）に隙間嵌めされた玉軸受６の内輪８の端面に、所定の予圧をかけるために必要な重さの錘（図示せず）を乗せる。これにより、内輪８とシャフト２および外輪１１とスリーブ４をそれぞれ接触させガタを抑えた状態で玉軸受６および玉軸受７に軸方向の予圧を加える。そして、この予圧を加えた状態において、紫外線を照射し、接着剤を硬化させる。ここで、内輪８の端面に加える錘の重さは、要求される共振周波数を得るのに必要な値として予め求められている。

次に、環状シール板１５をシャフト２の他端側外周面に圧嵌もしくは圧入することにより固定し、更に環状シール板１６をスリーブ４の他端側内周面に圧嵌もしくは圧入することにより固定する。こうして、図２（Ｄ）に示すピボットアッシー軸受装置１を得る。なお、環状シール板１５および１６は嫌気性紫外線硬化型接着剤で接着固定してもよい。

（評価）
以下、ピボットアッシー軸受装置１の材料コストについて評価した結果を説明する。表１に従来品と本実施形態とを対比した結果を示す。

表１から明らかなように、本実施形態は従来品と比べて材料コストで４６％、加工コストで１０％削減できる。なお、加工コストは加工サイクルタイムの比較に基づいて算出した。また、対比に用いた従来品と本実施形態のシャフトの寸法を表２に示す。実施形態の方は材料削減のためにフランジ外径を小さくしている。

本実施形態において、フランジ５の外径寸法は、図３（Ａ）で示される内輪９の外径寸法φＬｉよりわずかに大きく設定されている。なお、図３（Ｂ）で示されるように内輪の端面に段差がある場合は、フランジ５の外径寸法には小さい方の外径寸法φＬｉを用いる。フランジ５の外周面がシャフト２の外周面から突出する寸法の下限値ｆの目安は、内輪９の外径寸法φＬｉと内径寸法φｄを用いた下記式「数１」により求められる。

この例では、フランジ５の外周面が、シャフト２の外周面から突出する寸法が、上記ｆの値よりも大きくなるように調整し、軸方向から見て、フランジ５の外周面の位置が内輪９の外周面の位置よりも外側に突出した位置関係となるようにしている。すなわち、上記の例では玉軸受としてミネベア製ＲＩ−６１４ＺＺを用いたとすると、φＬｉ＝７．２５ｍｍ、φｄ＝６.３５ｍｍであり、ｆ＝（７．２５−６.３５）／２＝０．４５となるので、フランジ５の外周面がシャフト２の外周面から突出する寸法をｆの値よりも僅かに大きい０．４７５ｍｍとし、フランジ５の外周面が内輪９の外周面から０．０２５ｍｍ外側に突出する状態としている。この例で、フランジ外径を内輪外径よりもわずかに大きくした構造において、図１（Ｂ）のように軸方向内側のフランジ面取寸法を軸方向外側のフランジ面取寸法よりわずかに大きくしている。これは、フランジ５のシール板３への干渉を抑えるためである。

フランジ５の外周面の位置が内輪９の外周面の位置よりも外側に突出する寸法は、好ましくはｆ値とほぼ同じかわずかに大きくする。例えば、フランジ面取寸法以下の値をｆに加えた値を突出寸法としてもよい。こうすることで、フランジ５の小径化、およびフランジ５が存在することによる構造的な安定性（玉軸受の抜け落ち防止）、シール板の固定および玉軸受への確実な予圧の付与を並立させることができる。当然ながら、これらの機能が損なわれない範囲で突出寸法をｆ値より小さくしてもよい。

フランジ５の外周面の位置が内輪９の外周面の位置よりも外側に突出しない場合、シール板３の変形、この変形に起因する玉軸受６および７への予圧の値の変動およびシール性の低下といった問題が発生する可能性が増大する。

フランジ５の外径がφＬｉを大きく超えると、フランジの機能が飽和傾向となり、逆にフランジ５の外径が増大することに起因する材料コストの増大や加工コストの増大が顕在化する。

（優位性）
以下、ピボットアッシー軸受装置１の優位性について説明する。まず、ピボットアッシー軸受装置１は、小径のフランジ５がストッパーとなり、シャフト２に取り付けられた環状部材（玉軸受等）がベース側に脱落する危険性がない構造が得られる。また、このことに関連して、フランジ５があることで、部品間の位置合わせ等の組立作業が容易となる優位性が得られる。また、フランジ５があることで、玉軸受６および７に高い精度で予圧を加えることができる。

また、ピボットアッシー軸受装置１は、シャフト２が、図示しない磁気ディスク装置のベースに固定され、スリーブ４にスイングアームのＥブロックが固定されるのであるが、スリーブ４に加わる軸方向の力が、フランジ５で受け止められるので、使用状態においてガタ等が発生し難い構造となる。

更に、ピボットアッシー軸受装置１には、シール板３の外周面とスリーブ４の内周面との間の微小隙間（０．２ｍｍ以下）によるラビリンスシール１４が形成されている。このラビリンスシール１４によって玉軸受６および７に封入された潤滑用グリース、潤滑油等がピボットアッシー軸受装置１から漏洩するのが防止される。同様に、このラビリンスシール１４は、ピボットアッシー軸受装置１の内部に塵埃等が浸入するのを防止する。

この構造において、シャフト２のフランジ５は、文献Ｄ３に開示されたピボットアッシー軸受装置に用いられる大径のフランジに比べて外径寸法が小さく、シャフト２の外周面から僅かに突出しているだけなので、潤滑剤の漏洩が防止される構造でありながら、従来品である外径寸法が大きい大径フランジ付きのシャフトと比べ、切削される部分が大幅に減少され、材料コストを大幅に削減することができる。なお、シール板３が必要となるが、シール板３はプレス加工により安価に製造できるので、全体のコストに与える影響は小さい。

（変形例）
以下、本発明を利用した他の例(変形例)について説明する。図４〜６は、実施形態の他の例を示す断面図（Ａ）とその一部拡大図（Ｂ）である。図４〜６には、実施例１の変形例が示されている。図４〜６において、図１と同じ符号の部分は、図１に説明した内容と同じである。

以下説明する変形例は、シール板の構造が図１に例示した構造と異なっている。なお、シール板の保持の構造は、図１の場合と同じである。図４には、本発明を利用したピボットアッシー軸受装置４０が示されている。ピボットアッシー軸受装置４０では、図１の場合と同様に、フランジ５と、玉軸受７の内輪９との間にシール板４１が挟まれて保持されている。そしてシール板４１は、シール板３の外延部３ｃを延長させて軸方向内側に折り曲げた構造とされ、折り曲げた部分の軸方向外周面とスリーブ４の内周面との間に微小隙間を設けてラビリンスシール４２の長さが長くなるようにされている。こうすることで、潤滑剤の漏洩を防止するシール機能の信頼性を高めている。この構造は、シール板４１が外側に出っ張らないので、ピボットアッシー軸受装置４０をスイングアームのＥブロックに取り付け易い。

図５には、ピボットアッシー軸受装置５０が示されている。ピボットアッシー軸受装置５０では、シール板５１を備えている。シール板５１は、シール板５１の外延部をスリーブ４の外周面をこえて延長させ、軸方向に折り曲げた構造とし、この折り曲げた部分の内周面とスリーブ４の外周面との間の微小隙間、およびシール板５１とスリーブ４の端面同士の微小隙間を利用してラビリンスシール５２の長さが長くなるようにしている。この構造は、外延部が延長されているので折り曲げが容易になった分だけ作り易く、さらにラビリンスシール５２の長さを図４の場合より長くできるが、シール板５１が外周側に出っ張るので、スイングアームのＥブロックへの取り付け構造において、Ｅブロック側にシール板５１の逃げ部をつくる必要がある。

図６には、ピボットアッシー軸受装置６０が示されている。この構造では、スリーブ４のベース側に小径部を設け、且つ、シール板６１の外延部を延長させて軸方向に折り曲げ、その折り曲げた先端部を前記小径部に収めた構造としている。軸方向に折り曲げた部分の外周面は、スリーブ外周面よりも半径方向外側に突出しないようにされている。軸方向に折り曲げた部分の内周面とスリーブ小径部の外周面、および前記折り曲げ部の先端面とスリーブ小径部に続く段差部との間には微小隙間が形成され、これによりラビリンスシール６２が形成される。この構造では、シール板６１の外径寸法をスリーブ４の最大外径寸法以下にできる。ピボットアッシー軸受装置６０は、外周面に出っ張りが出来ないのでＥブロックに取り付けやすく、ラビリンスシール６２の長さも図５の構造より長くできる。

このように、シール板の外延部を延長させて軸方向に延在する方向に屈曲させ、この軸方向に延在した部分とスリーブ４の内周面または外周面との間でラビリンスシールを形成することで、ラビリンスシールの有効長を大きく確保できる。

以上の例示では、本発明をピボットアッシー軸受装置に適用した場合を説明したが、本発明は、他の用途の軸受装置に適用することもできる。

本発明は、軸受装置およびこの軸受装置を利用した各種の製品に利用することができる。

１…ピボットアッシー軸受装置、２…シャフト、３…シール板、４…スリーブ、５…フランジ、６…玉軸受、７…玉軸受、８…内輪、９…内輪、１０…外輪、１１…外輪、１２…転動体（ボール）、１３…転動体（ボール）、１４…ラビリンスシール、１５…環状シール板、１６…環状シール板。

Claims (3)

1. フランジが設けられたシャフトと、
   前記シャフトを回転自在な状態で支持する玉軸受と、
   前記玉軸受が内側に固定されたスリーブと、
   前記フランジと前記玉軸受の内輪との間に挟まれることで保持され、前記スリーブとの隙間にラビリンスシールを形成する環状のシール部材と
   を備えることを特徴とする軸受装置。
2. 前記フランジの外周面の位置が前記玉軸受の内輪の外周面の位置よりも外側にわずかに突出していることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記環状のシール部材の外延部は折り曲げられており、前記折り曲げられた部分と前記スリーブとの間にラビリンスシールが形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受装置。

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