JP2017166523A

JP2017166523A - 玉軸受及びピボット軸受ユニット

Info

Publication number: JP2017166523A
Application number: JP2016050158A
Authority: JP
Inventors: 透七澤; Toru Nanasawa; 直人堀内; Naoto Horiuchi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2016-03-14
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2017-09-21

Abstract

【課題】玉の表面に付着する油分を保持器がこそぎ落とす動きを抑え、オイルパーティクルの発生量を抑制することができる玉軸受及びピボット軸受ユニットを提供する。
【解決手段】玉軸受２０において、各ポケットＰの中心Ｏ１と各玉２３の中心Ｏと一致させた状態で、複数の玉２３の中心Ｏを通って、保持器２４の径方向に切断した断面において、保持器２４の外径及び内径とポケットＰの内面とのエッジ部ｅ、ｆにおけるポケットＰの内面からの各延長線Ｌ１、Ｌ３と、保持器２４の外径及び内径と玉２３の外径との交点ａ、ｂにおける玉２３の各接線Ｌ２、Ｌ４とがなす角度α_１、α_２は、２°≦α_１、α_２≦５°である。
【選択図】図３

Description

本発明は、玉軸受及びピボット軸受ユニットに関し、より詳細には、オイルパーティクルの発生量を抑制した、ハードディスクアクチュエータ用ピボット軸受に好適な玉軸受及びピボット軸受ユニットに関する。

図５（ａ）〜（ｂ）は、ハードディスクドライブ（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ（以下、ＨＤＤとも言う））の概略構成を一例として示している。ＨＤＤは、情報（データ）を記録する磁気ディスク（ハードディスク）２と、磁気ディスク２を回転させるスピンドルモータ４と、先端部に磁気ヘッド６が取り付けられたアクチュエータとしてのスイングアーム８と、スイングアーム８の基端部に設けられ、スイングアーム８を回転駆動させるボイスコイル９とを備えている。

スイングアーム８は、ピボット軸受ユニット１０を介してＨＤＤのベースＢｓ上に回動可能に軸支されており、ボイスコイル９によって回転駆動された際、回転状態の磁気ディスク２に対して磁気ヘッド６を平行移動（トレース）させる。これにより、磁気ヘッド６を介して磁気ディスク２から情報を読み取り、あるいは磁気ディスク２へ情報を書き込む。

図５（ｃ）もに示すように、ピボット軸受ユニット１０では、ＨＤＤのベースＢｓに立設された軸部材１２と、スイングアーム８が外嵌される図示しないスリーブとの間に、一対の玉軸受２０が軸方向に並んで配置されている。

近年、ハードディスク（ＨＤＤ）の高密度化、高容量化が進み、ＨＤＤ内部は高い機械的精度と共に、より高い清浄度が求められるようになってきている。ＨＤＤ内部の磁気ディスク２、磁気ヘッド６等に異物が付着すると性能の低下やプログラムのエラー、最悪の場合ＨＤＤの故障を招くため、ＨＤＤの内部部品は高い清浄度が求められる。

ＨＤＤ内部に発生する異物のひとつに、スイングアーム８を支えるピボット軸受ユニット１０のグリースに起因するオイルパーティクルがある。ピボット軸受ユニット１０内の軸受が運動することで内部のグリースが攪拌され、グリース内の油分が微量な粒子として軸受外部に放出され、ＨＤＤ内部を浮遊して磁気ディスク２、磁気ヘッド６などに付着する虞がある。

オイルパーティクルを低減する方法としては、発生源となるグリース量そのものを少なくする、若しくは、オイルパーティクルの発生を抑えるための低発塵グリースを利用する、などの方法が知られている。しかし、ＨＤＤに要求される寿命と信頼性を考慮すると、耐久性を優先した必要量のグリースを封入せざるを得ず、発生源となるグリース対策によるオイルパーティクル低減には限界があった。

また、従来の転がり軸受としては、冠型保持器の内周面と内輪の外周面との径方向隙間を設定することで、冠型保持器の内周面と内輪の外周面との間における潤滑剤の掛け渡しを最小限に抑えて、保持器の内周面に溜まった潤滑剤が、内輪の外周面を伝って、外部に漏洩することを防止している（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４−２０２２７４号公報

ところで、ＨＤＤにおいて、必要な清浄度レベルは年々高度化しており、オイルパーティクルによる不具合も発生し続けていることから、更なる対策が望まれている。

また、図６に示すように、ピボット軸受ユニットでは、一般的に、低トルク、量産性などの要求から、球面形状のポケットＰ´を持った樹脂製冠型保持器２４が使用されている。このような保持器２４では、玉２３がスムーズに回転するために、保持器２４のポケットＰ´の直径は、玉２３の直径に対してわずかに大きく設定されている。
この直径の差を大きくすると、保持器２４の動き量が大きくなり、他の部品に接触する可能性があるため、通常は、玉２３に対してごくわずかに大きいポケット径が設定される。そのため、図７に示すように、各ポケットＰの中心Ｏ１と各玉２３の中心Ｏと一致させた状態で、複数の玉２３の中心Ｏを通って、径方向に切断した断面では、保持器２４の外径とポケットＰ´の内面とのエッジ部ｅ´におけるポケットＰ´の内面からの延長線Ｌ１´と、保持器２４の外径と玉２３の外径との交点ａにおける玉２３の接線Ｌ２とがなす角度α_１´は、０．５°以下となる。また、保持器２４の内径とポケットＰ´の内面とのエッジ部ｆ´におけるポケットＰ´の内面からの延長線Ｌ３´と、保持器２４の内径と玉２３の外径との交点ｂにおける玉２３の接線Ｌ４とがなす角度α_２´は、０．５°以下となる。

ここで、玉２３がある方向に転がる場合、玉２３は回転しながら保持器２４のポケットＰ´に押し付けられる動きをとる。このとき、保持器２４のポケットＰ´のエッジ部ｅ´は玉２３の表面に押し付けられ、玉２３の表面に付着する油分を保持器２４がこそぎ取るような動きをすることになる。このとき、玉２３の表面から油分をはがす動きによって、油分の一部が飛沫となり、最終的にオイルパーティクル化していると考えられる。
なお、特許文献１は、玉に付着したグリースが冠型保持器によって掻き落とされる点について対策を施したものではない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、玉の表面に付着する油分を保持器がこそぎ落とす動きを抑え、オイルパーティクルの発生量を抑制することができる玉軸受及びピボット軸受ユニットを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道及び前記内輪軌道との間に転動自在に配置される複数の玉と、該複数の玉をそれぞれ保持する複数のポケットが形成された冠型保持器と、を備える玉軸受であって、
各前記ポケットの中心と各前記玉の中心と一致させた状態で、前記複数の玉の中心を通って、前記保持器の径方向に切断した断面において、前記保持器の外径と前記ポケットの内面とのエッジ部における前記ポケットの内面からの延長線と、前記保持器の外径と前記玉の外径との交点における前記玉の接線とがなす角度α_１は、２°≦α_１≦５°であり、且つ、前記保持器の内径と前記ポケットの内面とのエッジ部における前記ポケットの内面からの延長線と、前記保持器の内径と前記玉の外径との交点における前記玉の接線とがなす角度α_２は、２°≦α_２≦５°であることを特徴とする玉軸受。
（２）（１）に記載の玉軸受が複数組み込まれたことを特徴とするピボット軸受ユニット。

本発明の玉軸受及びピボット軸受ユニットによれば、各ポケットの中心と各玉の中心と一致させた状態で、複数の玉の中心を通って、保持器の径方向に切断した断面において、保持器の外径とポケットの内面とのエッジ部におけるポケットの内面からの延長線と、保持器の外径と玉の外径との交点における玉の接線とがなす角度α_１は、２°≦α_１≦５°であり、且つ、保持器の内径とポケットの内面とのエッジ部におけるポケットの内面からの延長線と、保持器の内径と玉の外径との交点における玉の接線とがなす角度α_２は、２°≦α_２≦５°となっている。これにより、玉の表面に付着する油分を保持器がこそぎ落とす動きを抑え、オイルパーティクルの発生量を抑制することができる。
これにより、上記玉軸受が組み込まれたピボット軸受ユニットをＨＤＤに適用した場合、玉軸受からオイルパーティクルの発生量を抑制して、ＨＤＤの内部を清浄に維持することができる。

本発明の一実施形態に係る玉軸受が適用されたピボット軸受ユニットの断面図である。樹脂製冠型保持器の斜視図である。（ａ）は、玉軸受の保持器と玉の関係を示す、図７に対応する図であり、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩ部拡大図である。現行保持器と本発明保持器とを用いて、軸受を往復動させた場合のオイルパーティクル数のグラフである。（ａ）、（ｂ）は、一般的なハードディスクドライブを示す概略構成図であり、（ｃ）は、従来のピボット軸受ユニットの断面図である。（ａ）は保持器のポケットを径方向外方から見た要部拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面図である。図６（ｂ）のＶＩＩ部拡大図である。

以下、本発明の一実施形態に係る玉軸受及びピボット軸受ユニットを図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態のピボット軸受ユニット１０は、軸方向一端部にフランジ部１２ａを有する軸部材１２と、軸部材１２と同心に配置されるスリーブ１３と、軸部材１２とスリーブ１３との間で、並列に配置される一対の玉軸受２０と、を有する。スリーブ１３は、一対の玉軸受２０を介して回転自在に支承されている。ピボット軸受ユニット１０が、ＨＤＤに使用される場合（図７参照）、スリーブ１３には、先端部に磁気ヘッド６が取り付けられたスイングアーム８が外装されて磁気ヘッド６を平行移動（トレース）させる。

スリーブ１３の内周面は、軸方向中央に形成された小径部１３ａと、小径部１３ａの両側に形成された大径部１３ｂとを備え、小径部１３ａと大径部１３ｂとによる段部１３ｃが設けられている。一対の玉軸受２０は、外輪２１が段部１３ｃに当接した状態で配置されて、予圧が付与される。

玉軸受２０は、内周面に外輪軌道２１ａを有する外輪２１と、外周面に内輪軌道２２ａを有する内輪２２と、外輪軌道２１ａ及び内輪軌道２２ａとの間に転動自在に配置される複数の玉２３と、複数の玉２３を回転自在に保持する樹脂製の冠型保持器２４と、玉２３の軸方向両側に配置されて外輪２１と内輪２２との間を塞ぐシールド板３０と、を備える。玉軸受２０の内部には、グリースが封入されている。グリースの封入量は、通常、軸受内部空間の容積に対して、４体積％〜１０体積％である。

冠型保持器２４は、図２に示すように、軸方向一端側の円環部２５と、該円環部から円周方向に所定の間隔で軸方向に延びて形成される複数の柱部２６と、を備え、円環部２５と複数の柱部２６とによって、複数の玉２３をそれぞれ保持する複数のポケットＰを形成している。

図３は、本実施形態の玉２３及び冠型保持器２４を、複数のポケットＰの中心Ｏ１を複数の玉２３の中心Ｏと一致させた状態で、複数の玉２３の中心Ｏを通って、径方向に切断した断面、即ち、図６（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面で表している。また、図３（ａ）に示すように、各玉２３のピッチ円直径（ＰＣＤ_１）の位置は、各ポケットＰのピッチ円直径ＰＣＤの位置と一致している。なお、図３（ｂ）において、点線Ｐ´は、図７に示す現行の冠型保持器のポケットを表している。

この場合、図３（ｂ）に示すように、上記した径方向に切断した断面において、保持器２４の外径とポケットＰの内面とのエッジ部ｅにおけるポケットＰの内面からの延長線Ｌ１と、保持器２４の外径と玉２３の外径との交点ａにおける玉２３の接線Ｌ２とがなす角度α_１は、２°≦α_１≦５°となる。したがって、この角度α_１は、ポケットＰの内面と玉２３との隙間が外径側に向かって徐々に拡がるように形成されている。

また、本実施形態では、上記径方向に切断した断面において、図３（ａ）に示すように、保持器２４の内径とポケットＰの内面とのエッジ部ｆにおけるポケットＰの内面からの延長線Ｌ３と、保持器２４の内径と玉２３の外径との交点ｂにおける玉２３の接線Ｌ４とがなす角度α_２も、２°≦α_２≦５°となっている。したがって、この角度α_２は、ポケットＰの内面と玉２３との隙間が、内径側に向かって徐々に拡がるように形成されている。

このようにポケットＰの内面を形成することで、玉２３が回転した場合でも、ポケットＰのエッジ部ｅ、ｆは、玉２３の表面にぶつからず、玉２３の表面に付着する油分を保持器２４のエッジ部ｅ、ｆがこそぎ落とす動きを抑え、オイルパーティクルの放出を抑制することができる。

図４は、図７に示す現行の冠型保持器を有する玉軸受と、本実施形態の冠型保持器２４を有する玉軸受２０をそれぞれピボット軸受ユニットに組み込み、一定時間往復動させた場合に検出されたオイルパーティクルの総数を示している。なお、この実験で封入されたグリースの量は、軸受の内部空間の容積に対して６体積％である。
この結果、α_１＝α_２＝２．５°に設定した本実施形態の冠型保持器２４を使用することで、図７に示す現行の冠型保持器α_１´＝α_２´＝０．３°を使用する場合に比べ、オイルパーティクルの発生量を減らせることが確認できた。

以上説明したように、本実施形態の玉軸受２０及びピボット軸受ユニット１０によれば、各ポケットＰの中心Ｏ１を各玉２３の中心Ｏと一致させた状態で、複数の玉２３の中心Ｏを通って、保持器の径方向に切断した断面において、保持器２４の外径とポケットＰの内面とのエッジ部ｅにおけるポケットＰの内面からの延長線Ｌ１と、保持器２４の外径と玉２３の外径との交点ａにおける玉２３の接線Ｌ２とがなす角度α_１は、２°≦α_１≦５°であり、且つ、保持器２４の内径とポケットＰの内面とのエッジ部ｆにおけるポケットＰの内面からの延長線Ｌ３と、保持器２４の内径と玉２３の外径との交点ｂにおける玉２３の接線Ｌ４とがなす角度α_２も、２°≦α_２≦５°であるので、玉２３の表面に付着する油分を保持器２４がこそぎ落とす動きを抑え、オイルパーティクルの発生量を抑制することができる。

また、このような玉軸受２０を備えたピボット軸受ユニット１０をＨＤＤに適用した場合、玉軸受２０からオイルパーティクルの流出を抑制して、ＨＤＤの内部を清浄に維持することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
なお、本実施形態では、ポケットＰの内面の径方向中間部を球面形状とし、径方向外側部分及び径方向内側部分を円錐面形状（即ち、上述した径方向に切断した断面では、直線形状）としているが、本発明のポケットＰの内面は、これに限定されるものでなく、角度α_１、α_２が本発明の範囲に入るものであれば、任意に設計できる。例えば、ポケットＰの内面は、球面形状を持たず、その径方向中間位置から径方向外側部分及び径方向内側部分にそれぞれ形成される２つの円錐面形状によって構成されてもよい。

１０ピボット軸受ユニット
２０玉軸受
２１外輪
２１ａ外輪軌道
２２内輪
２２ａ内輪軌道
２３玉
２４冠型保持器
３０シールド板

Claims

内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、前記外輪軌道及び前記内輪軌道との間に転動自在に配置される複数の玉と、該複数の玉をそれぞれ保持する複数のポケットが形成された冠型保持器と、を備える玉軸受であって、
各前記ポケットの中心と各前記玉の中心と一致させた状態で、前記複数の玉の中心を通って、前記保持器の径方向に切断した断面において、前記保持器の外径と前記ポケットの内面とのエッジ部における前記ポケットの内面からの延長線と、前記保持器の外径と前記玉の外径との交点における前記玉の接線とがなす角度α_１は、２°≦α_１≦５°であり、且つ、前記保持器の内径と前記ポケットの内面とのエッジ部における前記ポケットの内面からの延長線と、前記保持器の内径と前記玉の外径との交点における前記玉の接線とがなす角度α_２は、２°≦α_２≦５°であることを特徴とする玉軸受。
請求項１に記載の玉軸受が複数組み込まれたことを特徴とするピボット軸受ユニット。