JP2015064102A - 軸受装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】潤滑剤の漏出を防止する。
【解決手段】外輪102cと内輪102aとを有する転がり軸受102と、内輪102aに固定されたシャフト101と、外輪102cに固定されたスリーブ104とを備え、シャフト101の少なくとも一端部にはフランジ部105が設けられ、フランジ部105は、シャフト101から半径方向外側に向かって延在する円盤部105bおよび該円盤部105bから軸方向に延在する円筒部105aを有し、円筒部105bは、外輪102cの外側に位置し、隙間107、108、109によって2カ所で屈曲するラビリンス隙間が形成されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、転がり軸受に封入されている潤滑剤の漏洩を防止する構造に特徴のある軸受装置に関する。
近年のハードディスク駆動装置には、更なる大容量化および高速動作が求められている。これに関連し、ハードディスク駆動装置内の清浄度の維持が益々重要となってきている。ところで、ハードディスク駆動装置として、先端に磁気ヘッドを備えたアクチュエータ(アーム)をピボットアッシー軸受装置で回動可能に軸支する構造が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ピボットアッシー軸受装置は転がり軸受を有し、転がり軸受には、潤滑剤が用いられている。ここで、この潤滑剤が上述したハードディスク駆動装置内部の清浄度に悪影響を与える場合がある。この問題への対応として、特許文献2には、シャフトにフランジを設け、このフランジの外周面とハウジングとの間の隙間で潤滑剤の漏出を防止するためのラビリンスシールを形成する構造が記載されている。
特開2011−220427号公報 特開2008−69920号公報
特許文献2に記載のラビリンスシールの構造では、潤滑剤の漏出経路方向における隙間の延在距離が短く、また漏出経路の延在方向が一方向であるので、潤滑剤の漏出を防止する機能が十分に得られない。このような背景において、本発明は、潤滑剤の漏出を防止することを目的とする。
請求項1に記載の発明は、少なくとも一つの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転がり軸受と、前記転がり軸受が内側に固定されたスリーブとを備え、前記フランジは、前記シャフトから離れる方向に延在する円盤部および該円盤部から軸方向に延在する円筒部を有し、前記円筒部は、前記転がり軸受の外輪の外側に位置し、前記転がり軸受の内輪は、前記シャフトの外周面に接触し、前記転がり軸受の外輪は、前記スリーブの内周面に接触し、前記円筒部と前記スリーブとの間の第1の隙間、前記円筒部の内周面を利用した第2の隙間、および前記転がり軸受の外輪と前記円盤部との間の第3の隙間を有し、前記第1の隙間、前記第2の隙間および前記第3の隙間によって少なくとも2カ所で屈曲するラビリンス隙間が形成されてい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、シャフト、円盤部および円筒部によって構成される凹部に転がり軸受の一部が収容され、また屈曲したラビリンス隙間が形成されるので、潤滑剤が漏出し難い構造が得られる。
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、前記第1の隙間は、軸に垂直な方向に延在した部分を有し、前記第2の隙間は、軸に平行な方向に延在し、前記第3の隙間は、軸に垂直な方向に延在していることを特徴とする。請求項2に記載の発明によれば、隙間の経路が屈曲したクランク構造となるので、潤滑剤の漏出が効果的に抑えられる。なお、軸に垂直な方向というのは、シャフトの軸方向に垂直な方向のことをいう。また、軸に平行な方向というのは、シャフトの軸方向に平行な方向のことをいう。
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、前記第1の隙間は、軸中心から離れる方向に延在した部分を有し、前記第2の隙間は、軸方向に延在し、第3の隙間は、軸中心から離れる方向に延在していることを特徴とする。請求項3に記載の発明によれば、円筒部を利用してクランク構造を有する隙間が効果的に形成される。
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の発明において、前記第1の隙間の幅は、前記第2および前記第3の隙間の幅以下であることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の発明において、前記スリーブには、前記円筒部の外周面または内周面と対向する延在部が設けられ、前記スリーブには、前記延在部が設けられることで段差部が設けられ、前記円筒部の端面と前記段差部との間に前記第1の隙間が設けられ、前記円筒部の前記外周面と前記延在部の内周面との間、または前記円盤部と前記延在部の端面との間に更に別の隙間が設けられていることを特徴とする。請求項5に記載の発明によれば、第1の隙間または第2の隙間に連続する更に別の隙間が設けられ、より高いシール性を得ることができる。
請求項6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、前記第1の隙間は、軸に垂直な部分と軸に平行な部分を有し、前記軸に垂直な部分の隙間の幅は前記軸に平行な部分の隙間の幅よりも大きいことを特徴とする。請求項6に記載の発明によれば、第1の隙間が軸に垂直な部分と軸に平行な部分に屈曲しているので、高いシール性を得ることができる。また、フランジとスリーブの組み立てを行うと軸方向の公差の累積が大きくなり、フランジ部端面がスリーブに接触して予圧が適切に掛けられない虞があるが、軸に垂直な部分の隙間(軸方向の隙間)の幅を大きくすることで、この問題を回避することができる。
請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の発明において、前記第1の隙間の前記軸に平行な部分の隙間の幅は、前記第2および前記第3の隙間の幅以下であることを特徴とする。請求項7に記載の発明によれば、潤滑剤の漏出方向で見て最も下流側である第1の平行な部分の隙間の幅がそれより上流側の第2および第3の隙間の幅以下であるので、高いシール性を得ることができる。
請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の発明において、前記フランジが前記シャフトと一体に成形されていることを特徴とする。請求項8に記載の発明によれば、部品の点数が削減され、またフランジを利用して形成する第1の隙間、第2の隙間および第3の隙間の寸法精度を高くすることができる。
請求項9に記載の発明は、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の発明において、前記フランジと同様の構造を有し、前記シャフト一体に成形されていない別のフランジが、前記シャフトの別の部分に設けられていることを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の発明において、前記別のフランジは、接着、しまりバメまたは溶接によって前記シャフトに固定されていることを特徴とする。
本発明によれば、潤滑油の漏出が防止される軸受装置が得られる。
実施形態の断面図である。 図1の部分拡大図である。 実施形態の断面図である。 実施形態の断面図である。 実施形態の断面図である。 実施形態の斜視図である。
1.第1の実施形態
図1には、実施形態のピボットアッシー軸受装置100が示されている。ピボットアッシー軸受装置100は、回転軸となるシャフト101を有している。スリーブ104の外周部には、先端に磁気ヘッドを搭載したアクチュエータ(アーム)(図示せず)が固定され、シャフト101は、アクチュエータの回転軸となる。スリーブ104は、転がり軸受102,103によってシャフト101に回転自在な状態で保持されている。シャフト101は、略筒形状の構造を有し、その下部支持部が図示しないハードディスク駆動装置の筐体に固定されている。シャフト101に対してスリーブ104が回転することで、スリーブ104と共に図示しないアクチュエータが動き、アクチュエータ先端の磁気ヘッド部分の揺動運動が行われる。なお、スリーブ104を回転させ、アクチュエータの揺動を行うための駆動系については図示省略されている。
以下、転がり軸受102およびその周辺構造について説明する。図2(A)には、図1の転がり軸受102の付近を拡大したものが示されている。図2(A)に示すように、転がり軸受102は、内輪102a、転動体(ボール)102b、外輪102cにより構成され、内輪102aと外輪102cの間に転動体102bが介在し、転動体102bが転がることで、内輪102aに対して外輪102cが相対的に回転する。転動体102bの内輪102aおよび外輪102cに対する転がりがスムーズに行われるように、転動体102bが転がる部分には、潤滑剤(各種の潤滑用オイル等)が塗布されている。
シャフト101の一端側(図の上端側)には、フランジ部105が一体に設けられている。フランジ部105は、軸から離れる方向に延在した円盤部105a、円盤部105aの外縁から転がり軸受102の外側(軸から離れる方向における外側)を覆うように軸方向(図の下の方向)に延在した円筒部105bを有している。円筒部105bがあることで、円筒部105bの内側の部分に軸方向で窪んだ凹部106が形成され、この凹部106の内側に転がり軸受102の一部が収まっている。
転がり軸受102の内輪102aは、シャフト101に固定されている。すなわち、内輪102aの端面(図の上端面)が円盤部105aの内側(図の下面)に固定され、内輪102aの内周面がシャフト101の外周面に固定されている。固定の方法は、接着剤による方法、しまりバメによる方法、レーザ溶接等の溶接による方法、またはそれらを組み合わせた方法等により行われる。これは、外輪102cおよび転がり軸受103においても同じである。
転がり軸受102の外輪102cの外周面は、スリーブ104の内周面に固定されている。フランジ部105は、スリーブ104と接触せず、両者の間には隙間107が設けられている。円筒部105bの内側と外輪102cとは、接触せず、両者の間には隙間108が設けられている。円盤部105aと外輪102cの端面(図の上端面)とは、接触しておらず、両者の間には隙間109が設けられている。隙間107は、第1の隙間の一例であり、隙間108は、第2の隙間の一例であり、隙間109は、第3の隙間の一例である。
ここで、隙間107は、軸に垂直な方向(軸から離れる方向)に延在し、隙間108は、軸に平行な方向に延在し、隙間109は、軸に垂直な方向に延在している。隙間107,108,109の幅(隙間寸法)は、例えば0.01〜0.1mm程度に設定されている。高いシール性を得るために、隙間107の幅(隙間寸法)を他の隙間以下とすることが好ましい。
次に、転がり軸受103の付近について説明する。図2(B)には、図1の転がり軸受103の付近を拡大したものが示されている。図2(B)に示すように、転がり軸受103は、内輪103a、転動体(ボール)103b、外輪103cにより構成され、内輪103aと外輪103cの間に転動体103bが介在し、転動体103bが転がることで、内輪103aに対して外輪103cが相対的に回転する。転動体103bの内輪103aおよび外輪103cに対する転がりがスムーズに行われるように、転動体103bが転がる部分には、潤滑剤(各種の潤滑用オイル等)が塗布されている。
シャフト101の他端側(図の下端側)には、外付けフランジ(ハブキャップともいう)110が取り付けられている。外付けフランジ110は、シャフト101と別部材であり、接着剤による方法、しまりバメによる方法、レーザ溶接等の溶接による方法、またはそれらを組み合わせた方法等によりシャフト101に固定されている。外付けフランジ110は、軸に垂直な方向に延在した円盤部110a、円盤部110aの外縁から軸受103の外側を覆うように軸方向に延在した円筒部110bを有している。円筒部110bがあることで、円筒部110bの内側の部分に軸方向で窪んだ凹部111が形成され、この凹部111の内側に転がり軸受103の一部が収められている。
転がり軸受103の内輪103aがシャフト101の側に固定されている。すなわち、内輪103aの端面(図の下端面)が円盤部110aの内側(図の上面)に固定され、内輪103aの内周面がシャフト101の外周面に固定されている。
また、転がり軸受103の外輪103cは、スリーブ104の内周面に固定されている。外付けフランジ110は、スリーブ104と接触せず、両者の間には隙間112が設けられている。外付けフランジ110の円筒部110bの内側と外輪103cとは、接触せず、両者の間には隙間113が設けられている。外付けフランジ110の円盤部110aと外輪103cの端面とは、接触しておらず、両者の間には隙間114が設けられている。隙間112,113,114の隙間寸法は、例えば0.01〜0.1mm程度に設定されている。高いシール性を得るために、隙間112の幅(隙間寸法)を他の隙間以下とすることが好ましい。
(作用効果)
隙間107,108,109によって、ラビリンス隙間が形成され、転動体102bの付近に封入された潤滑剤の軸受装置外部への漏出が防止される。また、隙間112,113,114によってラビリンス隙間が形成され、転動体102bの付近に封入された潤滑剤の軸受装置外部への漏出が防止される。これらのラビリンス隙間は、2カ所で屈曲したクランク構造を構成し、潤滑剤の漏出経路を長く屈曲した構造とできる。このため、潤滑剤が漏出し難いシール構造が得られる。特に径方向(軸に垂直な方向)に延在する2つの隙間107,109の間に軸方向に延在する隙間108が設けられているので、遠心力による潤滑剤の漏出を効果的に抑えることができる。同様に、径方向に延在する2つの隙間112,114の間に軸方向に延在する隙間113が設けられているので、遠心力による潤滑剤の漏出を効果的に抑えることができる。また、フランジ部105がシャフト101と一体に成型されているので、部品点数が削減され、隙間寸法の精度が確保される。
また、円筒部105bによって外輪102cの一部が径方向の外側から覆われ、更に転がり軸受102の軸方向の端部が円盤部105aによって覆われるので、転動体102bの部分からの潤滑剤の漏洩を確実に防止できる。同様に、円筒部110bによって外輪103cの一部が外側から覆われ、更に転がり軸受103の軸方向の端部が円盤部110aによって覆われるので、転動体103bの部分からの潤滑剤の漏洩を確実に防止できる。
2.第2の実施形態
図3には、図1に示す構造において、スリーブ104の代わりに、その外径をさらに太くしたスリーブ130を採用したピボットアッシー軸受装置300が示されている。スリーブ130の外側に先端に磁気ヘッドを搭載したアクチュエータ(アーム)(図示せず)が固定される。なお、スリーブ130以外の部分は、ピボットアッシー軸受装置100と同じである。
3.第3の実施形態
図4には、ピボットアッシー軸受装置400が示されている。ピボットアッシー軸受装置400では、図1の構造において、フランジ部105の円筒部105bの外側を覆うようにスリーブを軸方向で延在させることで、図1のラビリンス隙間に加えて、隙間141を設けている。すなわち、ピボットアッシー軸受装置400は、スリーブ142を有し、スリーブ142は、軸方向に延在し、円筒部105bの外側を囲む延在部142aと142bを有している。延在部142aは、内径が拡径され、そこに円筒部105bが収まる形状とされている。また、延在部142bも延在部142aと同様な構造を有している。そして、延在部142aの内周面と円筒部105bの外周面との間に隙間141が設けられ、延在部142bと円筒部110bとの間に隙間143が設けられている。
また、延在部142a内側の拡径された部分の軸方向における端面(段差面)と円筒部105bの軸方向における端面との間に図2の隙間107に相当する隙間144が形成されている。同様に、延在部142a内側の拡径された部分の軸方向における端面(段差面)と円筒部110bの軸方向における端面との間に図2の隙間112に相当する隙間145が形成されている。また、隙間141と143が本発明の更に別の隙間に相当する。他の部分は、図1の構造と同じである。
図4に示す構造によれば、図1に示す構造に比較して、ラビリンス隙間が更に屈曲し、長くなるので、転動体102bおよび103bの付近に封入された潤滑剤をピボットアッシー軸受装置400の外部に漏れ出ないようにする効果が更に高くなる。
また、図4に示す構造においては、隙間141および143に比べて、隙間144および145の幅の方が大きいことを好ましい態様とする。フランジとスリーブの組み立てを行うと軸方向の公差の累積が大きくなり、隙間144および145においてフランジ部端面とスリーブとが接触して予圧が適切に掛けられない虞があるが、これら隙間144および145(軸方向の隙間)の幅を大きくすることで、この問題を回避することができる。
さらに、この場合において、隙間141および143の幅が隙間108、109、113、114(いずれも対応する図2の箇所の符号)の幅以下であることを好ましい態様とする。この態様によれば、潤滑剤の漏出方向を考えた場合の最も下流側である隙間141および143の幅がそれより上流側の隙間の幅以下であるので、より高いシール性を得ることができる。
4.第4の実施形態
図5には、ピボットアッシー軸受装置500が示されている。なお、特に説明しない部分の構造は、図1のピボットアッシー軸受装置100と同じである。ピボットアッシー軸受装置500は、フランジ部150を有している。フランジ部150は、シャフト101と一体に成形されており、円盤部150aと円筒部150bを有している。スリーブ151は、軸方向に延在した延在部151aと151bを有している。延在部151aと151bは、外形が縮径され、この縮径された部分に円筒部150bおよび後述する円筒部160bが位置する形状とされている。
円盤部150aと外輪102cとの間に隙間153が形成され、円盤部150aと延在部151aの端部との間に隙間154が形成され、延在部151aの外周面と円筒部150bの内周面との間に隙間155が形成され、延在部151aの根本の部分におけるスリーブ151の外周に設けられた段差部152と円筒部150bの軸方向における端面との間に隙間156が形成されている。そして、隙間153,154,155,156によってラビリンス隙間が形成されている。ここで、隙間156が第1の隙間に相当し、隙間155が第2の隙間の相当し、隙間153が第3の隙間に相当する。また、隙間154が更に別の隙間に相当する。
ピボットアッシー軸受装置500は、外付けフランジ160を有している。外付けフランジ160は、シャフト101に取り付けられ、円盤部160aと円筒部160bを有している。円盤部160aと外輪103cとの間に隙間163が形成され、円盤部150aと延在部151bの端部との間に隙間164が形成され、延在部151bと円筒部160bとの間に隙間165が形成され、延在部151bの根本の部分におけるスリーブ151の外周に設けられた段差部162と円筒部160bの端面との間に隙間166が形成されている。そして、隙間163,164,165,166によってラビリンス隙間が形成されている。
5.第5の実施形態
図6には、本発明の軸受装置を利用したハードディスク駆動装置Dが示されている。ハードディスク駆動装置Dは、ピボットアッシー軸受装置1によってアクチュエータ(アーム)3が揺動自在な状態で保持された構造を有している。ピボットアッシー軸受装置1は、第1〜第4の実施形態の中のいずれかの構造のものが採用されている。アクチュエータ3の先端には、磁気ヘッド4が取り付けられ、磁気ヘッド4によって回転する磁気ディスク5に対するデータの書き込み、およびデータの読み出しが行われる。
(その他)
本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。例えば、本明細書中では、ハードディスク駆動装置に用いられるピボットアッシー軸受装置に本発明を適用する場合を説明したが、本発明の利用は、ピボットアッシー軸受装置に限定されず、他の目的の軸受装置に利用することが可能である。また、実施形態では、本発明のシール構造を利用した転がり軸受を2つ用いる場合を説明したが、転がり軸受の数が3つ以上であってもよい。また、本発明のシール構造を利用した転がり軸受を少なくとも一つ利用した軸受装置も可能である。
以下、実施例および比較例によって本発明をより具体的に説明する。
1)比較試験
実施例として図4に示す第3の実施形態のピボットアッシー軸受装置と、比較例として円筒部を有しない従来のフランジ部を備えたピボットアッシー軸受装置(屈曲するラビリンス隙間を有しないピボットアッシー軸受装置)について、パーティクル放出量の比較試験を行った。なお、使用される軸受の大きさは、外径9.5mm、内径6.4mm、幅3.2mmであり、スリーブ−フランジ部間の隙間の最小幅寸法は両者とも同じく0.13mmに設定した。
2)測定条件
パーティクルが外部に漏れ出さない空間内でピボットアッシー軸受装置を左右に30度ずつ高速で揺動させながら空気を強制的に流して、空気中に含まれるパーティクル量を測定した。
3)試験結果
この結果、従来のフランジ部を備えた比較例のピボットアッシー軸受装置では、パーティクル量が1.293μm/minであったのに対し、第3の実施形態(図4)の実施例のピボットアッシー軸受装置では、パーティクル量は約半分の0.634μm/minとなった。本発明によるピボットアッシー軸受装置を用いることで、ラビリンス隙間に潤滑剤が封入され、パーティクルの放出量が抑えられることが確認できた。
本発明は、軸受装置に利用することができる。
100…ピボットアッシー軸受装置、101…シャフト、102…転がり軸受、102a…内輪、102b…転動体、102c…外輪、103…転がり軸受、103a…内輪、103b…転動体、103c…外輪、104…スリーブ、105…フランジ部、105a…円盤部、105b…円筒部、106…凹部、107…隙間、108…隙間、109…隙間、110…外付けフランジ、110a…円盤部、110b…円筒部、111…凹部、112…隙間、113…隙間、114…隙間、130…スリーブ、141…隙間、142…スリーブ、142a…延在部、142b…延在部、143…隙間、145…隙間、500…ピボットアッシー軸受装置、150…フランジ部、150a…円盤部、150b…円筒部、151…スリーブ、151a…延在部、151b…延在部、152…段差部、153…隙間、154…隙間、155…隙間、156…隙間、160…外付けフランジ、160a…円盤部、160b…円筒部、162…段差部、163…隙間、164…隙間、165…隙間、166…隙間。

Claims (10)

  1. 外輪と内輪とを有する転がり軸受と、
    前記内輪に固定されたシャフトと、
    前記外輪に固定されたスリーブと
    を備え、
    前記シャフトの少なくとも一端部にはフランジが設けられ、
    前記フランジは、前記シャフトから半径方向外側に向かって延在する円盤部および該円盤部から軸方向に延在する円筒部を有し、
    前記円筒部は、前記外輪の外側に位置し、
    前記円筒部と前記スリーブとの間の第1の隙間、前記円筒部の内周面が臨む第2の隙間、および前記外輪と前記円盤部との間の第3の隙間を有し、
    前記第1の隙間、前記第2の隙間および前記第3の隙間によって少なくとも2カ所で屈曲するラビリンス隙間が形成されていることを特徴とする軸受装置。
  2. 前記第1の隙間は、軸に垂直な方向に延在した部分を有し、
    前記第2の隙間は、軸に平行な方向に延在し、
    前記第3の隙間は、軸に垂直な方向に延在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. 前記第2の隙間は、前記円筒部の内周面と前記外輪との間、または前記円筒部の内周面と前記スリーブの外周面との間に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。
  4. 前記第1の隙間の幅は、前記第2および前記第3の隙間の幅以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の軸受装置。
  5. 前記スリーブには、前記円筒部の外周面または内周面と対向する延在部が設けられ、
    前記スリーブには、前記延在部が設けられることで段差部が設けられ、
    前記円筒部の端面と前記段差部との間に前記第1の隙間が設けられ、
    前記円筒部の前記外周面と前記延在部の内周面との間、または前記円盤部と前記延在部の端面との間に更に別の隙間が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の軸受装置。
  6. 前記第1の隙間は、軸に垂直な部分と軸に平行な部分を有し、前記軸に垂直な部分の隙間の幅は前記軸に平行な部分の隙間の幅よりも大きいことを特徴とする請求項1または2に記載の軸受装置。
  7. 前記第1の隙間の前記軸に平行な部分の隙間の幅は、前記第2および前記第3の隙間の幅以下であることを特徴とする請求項6に記載の軸受装置。
  8. 前記フランジが前記シャフトと一体に成形されていることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の軸受装置。
  9. 前記フランジと同様の構造を有し、前記シャフト一体に成形されていない別のフランジが、前記シャフトの別の部分に設けられていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の軸受装置。
  10. 前記別のフランジは、接着、しまりバメまたは溶接によって前記シャフトに固定されていることを特徴とする請求項9に記載の軸受装置。
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