JP6527809B2 - ピボットアッシー軸受およびディスク駆動装置 - Google Patents

ピボットアッシー軸受およびディスク駆動装置 Download PDF

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Description

本発明は、ピボットアッシー軸受およびディスク駆動装置に関する。
磁気ディスク駆動装置等に使用されるピボットアッシー軸受は、一般に、装置に固定されるシャフトの外周に、スイングアーム等の駆動部を取り付けるスリーブが設けられた構造を有している。シャフトとスリーブとの間には、シャフトの軸方向に離間して転がり軸受が配置されており、スリーブは、転がり軸受を介してシャフトに対して回転自在に支持されている。
このようなピボットアッシー軸受においては、近年、内部に充填される潤滑剤に含まれる油分の漏洩や蒸発などによる発塵に対する改善が強く要求されている。発塵物がメディアや磁気ヘッドに付着すると、読み書きエラーが生じるため、発塵の抑制が寿命や故障率に好影響を与えると考えられているからである。特にサーバー用ハードディスク駆動装置に適用されるピボットアッシー軸受に対しては発塵抑制の要求レベルがより厳しいとされている。
そこで発塵対策として、シャフトと一体のフランジ部を設けたりするとともに、シャフトとスリーブとの間にラビリンス状の隙間およびシール部材を設けたピボットアッシー軸受が知られている。また、スリーブとシャフトとの間に磁性流体シールを設けたピボットアッシー軸受の提案がなされている(特許文献1等参照)。これらの発塵対策は、外部から軸受内部への異物混入を抑制するものとしても機能する。
特開平1−277375号公報
しかしながら、ピボットアッシー軸受において、シャフトにフランジ部を設ける構成とスリーブとシャフトとの間に磁性流体シールを設ける構成とを両立することには困難が伴う。例えば、フランジ部が邪魔をして、フランジ部を設けた側のシャフトとスリーブとの間の磁性流体シールに磁性流体を充填することが困難となる点が挙げられる。
シャフトにフランジ部を設ける構成は、シャフトを装置等に安定して固定させることができるという利点がある。一方、磁性流体シールは流体でシールするので、発塵を防ぐ効果が高い。そこで、シャフトにフランジ部を設ける構成とスリーブとシャフトとの間に磁性流体シールを設ける構成とを両立すれば、ピボットアッシー軸受およびディスク駆動装置における性能の向上に資することが期待される。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、シャフトにフランジ部を設ける構成とスリーブとシャフトとの間に磁性流体シールを設ける構成とを両立するピボットアッシー軸受と、これを用いたディスク駆動装置とを提供することにある。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係るピボットアッシー軸受は、フランジ部を有するシャフトと、前記シャフトに対して共軸に設けられたスリーブと、前記シャフトと前記スリーブとの間に軸方向に離間して配置された第1と第2の転がり軸受と、を備え、相手部材に固定されるピボットアッシー軸受であって、前記第1の転がり軸受の内輪は前記フランジ部の端面に当接し、前記フランジ部の外周面に、前記スリーブの側に磁性流体が保持されている第1の磁性流体シールを備え、前記フランジ部は前記第1の転がり軸受に近い順に小径部と大径部を有しており、前記第1の磁性流体シールは前記小径部の外周面に固定され、前記相手部材に当接される前記大径部の外周面と前記スリーブの内周面は、前記第1の磁性流体シールに前記磁性流体を保持させることが可能な隙間を介して対向しており、前記磁性流体は、前記第1の磁性流体シールが備えるヨークの外周と前記スリーブの内周面との隙間のみに保持され、前記スリーブには第1および第2の転がり軸受と半径方向に重ならない位置に貫通孔が設けられている、ことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るピボットアッシー軸受は、前記第1の転がり軸受の内輪は前記フランジ部の小径部の端面に当接し、前記第1の転がり軸受の外輪は前記第1の磁性流体シールと離間して配置されていることを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るピボットアッシー軸受は、前記第2の転がり軸受に関して前記フランジ部の反対側に、前記シャフトとの隙間に磁性流体が保持されている第2の磁性流体シールを備えている、ことを特徴とする。
また、本発明の一態様に係るディスク駆動装置は、上記ピボットアッシー軸受と、前記ピボットアッシー軸受によって搖動可能に支持され、磁気ディスク上で磁気ヘッドを移動させるスイングアームと、前記ピボットアッシー軸受のシャフトが固定されるベースプレートと、を備えることを特徴とする。
本発明に係るピボットアッシー軸受およびディスク駆動装置は、シャフトにフランジ部を設ける構成とスリーブとシャフトとの間に磁性流体シールを設ける構成とを両立することができるという効果を奏する。
図1は、磁気ディスク駆動装置を示す図である。 図2は、ピボットアッシー軸受の外観を示す斜視図である。 図3は、ピボットアッシー軸受の断面を示す断面図である。 図4は、ピボットアッシー軸受の第1の磁性流体シール付近を示す拡大図である。 図5は、ピボットアッシー軸受の第2の磁性流体シール付近を示す拡大図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態に係るピボットアッシー軸受およびディスク駆動装置を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
図1は、実施形態に係るピボットアッシー軸受10を備えたディスク駆動装置の例示である磁気ディスク駆動装置1を示す図である。磁気ディスク駆動装置1は、磁気ヘッドアーム2の先端に設けられた磁気ヘッド3を用いて、磁気ディスク4に情報を記録し、また、記録されている情報を磁気ディスク4から読み出す装置である。磁気ヘッド3を磁気ディスク4上で走査させるために、磁気ヘッドアーム2は、ピボットアッシー軸受10によって搖動可能に支持されている。
ピボットアッシー軸受10は、後に詳述するように、シャフトと、シャフトに対して回転自在に設けられたスリーブとを備えている。シャフトは、磁気ディスク駆動装置1のベースプレート5に固定され、一方、スリーブは、磁気ヘッドアーム2を支持する。したがって、スリーブのシャフトに対する回転駆動が、磁気ヘッドアーム2の磁気ヘッド3に対する搖動駆動を生み出すことになる。
次に、図2および図3を参照しながら、実施形態に係るピボットアッシー軸受10を説明する。図2は、ピボットアッシー軸受10の外観を示す斜視図であり、図3は、ピボットアッシー軸受10の断面を示す断面図である。
図2に示されるように、ピボットアッシー軸受10は、シャフト12と、シャフト12に対して共軸に設けられたスリーブ13とを備えている。以下、当該共軸の方向を軸方向と定義する。シャフト12の端部付近には、フランジ部12aが設けられており、シャフト12を磁気ディスク駆動装置1のベースプレート5に固定する際に、シャフト12を垂直に取り付けられるように、フランジ部12aが磁気ディスク駆動装置1のベースプレート5の取付け部に当接する。
図2に示されるように、スリーブ13は略筒状の構造体であり、その内部にシャフト12を内包している。また、図2に示されるスリーブ13の例では、スリーブ13の胴を貫く貫通孔15が設けられている。貫通孔15は、スリーブ13とシャフト12との間に形成される空間とピボットアッシー軸受10の外部との間で通気するためのものである。したがって、貫通孔15は、スリーブ13における第1および第2の転がり軸受11a,11bと半径方向に重ならない位置に設けられることが好ましい。スリーブ13の内部におけるシャフト12の回転によって、スリーブ13の内部には強い空気流動が生じる場合がある。貫通孔15は、このスリーブ13の空気流動をスリーブ13の外部へ逃がすためのものである。
スリーブ13に貫通孔15を設けた場合、図2に示されるように、スリーブ13の外周面に、環状溝16および流路溝17を形成することが好ましい。貫通孔15によって設けられた流路を、ピボットアッシー軸受10の外部へ接続するためである。ピボットアッシー軸受10は、磁気ディスク駆動装置1に取り付ける際に取付け孔等に嵌め込まれてしまうと、スリーブ13の外周面が外部から閉ざされてしまう。スリーブ13の外周面に環状溝16および流路溝17を形成しておけば、ピボットアッシー軸受10を磁気ディスク駆動装置1に取り付けた状態であっても、スリーブ13の内部とピボットアッシー軸受10の外部との間に流路が確保される。
なお、図2に示された構成例では、貫通孔15の形状が丸形であるが、貫通孔15の形状はこの例に限定されない。また、貫通孔15は単に孔を設けるのみでその効果を奏するものとなるが、貫通孔15にフィルタを設ける構成がより好ましい。スリーブ13の内部とピボットアッシー軸受10の外部との間で発塵の流出入を防ぐことができるからである。さらに、貫通孔15とピボットアッシー軸受10の外部との間の流路に関しても、図2に示された例に限定されるものではない。図2に示された流路溝17は、スリーブ13の上側胴部13aに設けられているが、下側胴部13bに設けても構わない。環状溝16および流路溝17の代わりに、貫通孔15からスリーブ13の上端部(または下端部)までの外周面をいわゆるDカット加工で平坦化することでも構わない。
図3に示されるように、ピボットアッシー軸受10は、フランジ部12aを有するシャフト12と、シャフト12に対して共軸に設けられたスリーブ13とを備え、さらに、シャフト12とスリーブ13との間に軸方向に離間して配置された一対の転がり軸受11a,11bを備えている。一対の転がり軸受11a,11bは、同一の転がり軸受を用いることができるが、ここでは説明を容易にする為、フランジ部12aに近い側のものを第1の転がり軸受11aとし、フランジ部12aから遠い側のものを第2の転がり軸受11bとする。
第1および第2の転がり軸受11a,11bは、それぞれ、内輪11aa,11baと外輪11ab,11bbとを備え、内輪11aa,11baと外輪11ab,11bbとの間に転動体11ac,11bcを保持している。内輪11aa,11baは、シャフト12の外周面に接着(または圧入)され、外輪11ab,11bbは、スリーブ13の内周面に接着(または圧入)されている。また、内輪11aa,11baと外輪11ab,11bbとの間には、潤滑用のグリースや潤滑油等の潤滑剤が封入されている。
スリーブ13は、第1および第2の転がり軸受11a,11bを介してシャフト12に支持されていることにより、シャフト12に対してスリーブ13が回転自在に構成されている。より具体的には、スリーブ13は第1および第2の転がり軸受11a,11bの外輪11ab,11bbに固定されており、一方、シャフト12は第1および第2の転がり軸受11a,11bの内輪11aa,11baに固定されている。内輪11aa,11baと外輪11ab,11bbとの間には転動体11ac,11bcが保持されているので、転動体11cの滑らかな回転によって、スリーブ13のシャフト12に対する滑らかな回転が実現している。
フランジ部12aの外周面には、第1の磁性流体シール18が配置されている。特に図3に示される例では、フランジ部12aは、第1の転がり軸受11aに近い順に小径部12bと大径部12cとを有し、第1の磁性流体シール18は小径部12bの外周面に固定されている。第1の磁性流体シール18は、環状の永久磁石板18aと、2枚の環状の磁性体板からなるヨーク18bと、磁性流体18cとを備えている。永久磁石板18aとヨーク18bは共軸かつ平行に配置されており、2枚のヨーク18bによって永久磁石板18aが挟持された構成となっている(詳部は図4の拡大図参照、以下同じ)。なお、ここではフランジ部12aが小径部12bと大径部12cとを有している構成を用いて実施形態の説明を行うが、フランジ部12aが小径部12bと大径部12cを有さない構成であっても同様の効果を奏する。また、図3および図4では小径部12bと大径部12cとが一体に形成されているように記載されているが、小径部12bと大径部12cとを別体に形成することも可能である。
磁性流体18cは、ヨーク18bの外周とスリーブ13との隙間に保持されて、ヨーク18bの外周とスリーブ13との隙間を封止する働きをする。一方、ヨーク18bの内周は、フランジ部12aの第1の転がり軸受11a側の端面に設けられた小径部12bの外周面12baに接着されている。これにより、ヨーク18bの内周がシャフト12との間で封止され、かつ、ヨーク18bの外周がスリーブ13との間で封止され、第1の磁性流体シール18の全体の構成として、シャフト12とスリーブ13との間を封止することになる。なお、磁性流体18cは、磁性を帯びた流体であるので、シャフト12に対してスリーブ13が回転しても、永久磁石板18aが生み出す磁束によってヨーク18bの外周とスリーブ13との隙間に保持され、かつ、シャフト12に対するスリーブ13の回転を妨げる作用が非常に少ない。
小径部12bの端面12bbは、第1の転がり軸受11aの内輪11aaに当接している。一方、第1の転がり軸受11aの外輪11abと第1の磁性流体シール18とは、離間して配置している。すなわち、第1の転がり軸受11aの外輪11abは、段差部12bの端面12bbにも当接しておらず、また、第1の磁性流体シール18にも当接していない。後に詳述する予圧を第1の転がり軸受11aに加えるためである。したがって、小径部12bの外周面12baの幅は、第1の磁性流体シール18の幅よりも広いことが望ましく、小径部12bの高さは、第1の転がり軸受11aの内輪11aaの厚さに実効的にほぼ等しい値とすることが好ましい。ここで、第1の磁性流体シール18の幅とは、永久磁石板18aと2枚のヨーク18bとを含む軸方向の大きさであり、小径部12bの高さ(シャフト12と小径部12bとの半径の差)は、小径部12bの端面12bbの半径方向の幅に同一視することができる。なお、小径部12bの端面12bbにテーパー加工を施す等の加工により、第1の転がり軸受11aの内輪11aaが小径部12bの端面12bbに当接しつつも、第1の転がり軸受11aの外輪11abは段差部12bの端面12bbにも当接しておらず、また、第1の磁性流体シール18にも当接していないという状態を実現することも可能である。
第1の転がり軸受11aと第2の転がり軸受11bとの間には、スペーサ部14が設けられている。なお、図3に示される例では、スペーサ部14がスリーブ13と一体に形成されているが、スペーサ部14をスリーブ13と別体に構成しても構わない。
図3に示されるように、第1の転がり軸受11aの外輪11abは、スペーサ部14の第1の転がり軸受11a側の端面14aに当接し、一方、第1の転がり軸受11aの内輪11aaは、当該端面14aに当接していない。同様に、第2の転がり軸受11bの外輪11bbは、スペーサ部14の第2の転がり軸受11b側の端面14bに当接し、一方、第2の転がり軸受11bの内輪11baは、当該端面14bに当接していない。これも、後に詳述する予圧を第1の転がり軸受11aおよび第2の転がり軸受11bに加えるためである。なお、図3に示される例では、スペーサ部14の端面14a,14bにテーパー加工を施すことにより、第1および第2の転がり軸受11a,11bの内輪11aa,11baがスペーサ部14の端面14a,14bに当接しないように構成しているが、スペーサ部14の高さ(ないし厚み)を適切に設計することにより、第1および第2の転がり軸受11a,11bの内輪11aa,11baがスペーサ部14の端面14a,14bに当接しないように構成することも可能である。
第2の転がり軸受11bに関してフランジ部12aの反対側には、第2の磁性流体シール19が配置されている。第2の磁性流体シール19は、環状の永久磁石板19aと、2枚の環状の磁性体板からなるヨーク19bと、磁性流体19cとを備えている。永久磁石板19aとヨーク19bは共軸かつ平行に配置されており、2枚のヨーク19bによって永久磁石板19aが挟持された構成となっている(詳部は図5の拡大図参照、以下同じ)。
磁性流体19cは、ヨーク19bの内周とシャフト12との隙間に保持されて、ヨーク19bの内周とシャフト12との隙間を封止する働きをする。一方、ヨーク19bの外周は、スリーブ13に接着されている。これにより、ヨーク18bの内周がシャフト12との間で封止され、かつ、ヨーク18bの外周がスリーブ13との間で封止され、第1の磁性流体シール18の全体の構成として、シャフト12とスリーブ13との間を封止することになる。
なお、第2の磁性流体シール19は、図3(および図5)に示すように、ヨーク19bの内周とシャフト12との隙間に磁性流体19cを保持する構成が好ましい。回転数が同じ場合、外周よりも内周の方が周速が低く、磁性流体19cを保持するための磁力の負荷が少ないからである。しかしながら、十分な磁力を発する永久磁石板19aを用いることが可能ならば、第2の磁性流体シール19を、ヨーク19bの外周とスリーブ13との隙間に磁性流体19cを保持する構成とすることも可能である。
先述のように、第1の磁性流体シール18は、ヨーク18bの外周とスリーブ13との隙間に磁性流体18cを保持する構成である。したがって、第2の磁性流体シール19における、ヨーク19bの内周とシャフト12との隙間に磁性流体19cを保持する構成は、磁性流体19cを保持する箇所が、第1の磁性流体シール18と第2の磁性流体シール19とで逆となっていると言い換えることができる。
なお、シャフト12およびスリーブ13を構成する材料は、強磁性体の鋼材、例えばフェライト系ステンレス鋼が好適である。第1および第2の磁性流体シール18,19における磁気回路の漏れ磁束が軽減できるからである。
上記の構成により、ピボットアッシー軸受10は、シャフト12にフランジ部12aを設ける構成とスリーブ13とシャフト12との間に第1の磁性流体シール18を設ける構成とを両立することができる。図4から明らかなように、上記構成のピボットアッシー軸受10では、フランジ部12aとスリーブ13との間の隙間を介して、第1の磁性流体シール18の磁性流体18cを保持することが可能である。したがって、ピボットアッシー軸受10を備えた磁気ディスク駆動装置1は、シャフト12に設けたフランジ部12aが磁気ディスク駆動装置1のベースプレート5の取付け部に当接することにより、ピボットアッシー軸受10が精度良く垂直に固定される。
また、上記の構成により、ピボットアッシー軸受10は、第1の磁性流体シール18の存在が干渉することなく、第1および第2の転がり軸受11a,11bに予圧を加えることが可能である。第1および第2の転がり軸受11a,11bの内部に隙間があると転動体11ac,11bcの遊びが大きくなり、ピボットアッシー軸受10の回転振動が大きくなる。予圧とは、これを避けるため、内部の隙間が小さくなる(理想的には零になる)ように、第1および第2の転がり軸受11a,11bの内輪11aa,11baおよび外輪11ab,11bbに軸方向の荷重を加えることをいう。
図4から明らかなように、第1の転がり軸受11aの内輪11aaは、フランジ部12aに設けられた小径部12bの端面12bbに当接しているので、第1の磁性流体シール18の存在が干渉することなく、第1の転がり軸受11aに予圧を加えることが可能である。また、第1の転がり軸受けの内輪11aaは、第1の磁性流体シール18のヨーク18bに接触していないので、与圧を加えても第1の磁性流体シール18に負荷がかかる虞がない。さらに、図3から明らかなように、第1および第2の転がり軸受11a,11bの外輪11ab,11bbのそれぞれがスペーサ部14の対向する端面14a,14bのうち対応する1つに当接されているので、第2の転がり軸受11bに対して予圧を加えることにより、第1の転がり軸受11aに対しても予圧が加えられる。
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。
1 磁気ディスク駆動装置
2 磁気ヘッドアーム
3 磁気ヘッド
4 磁気ディスク
5 ベースプレート
10 ピボットアッシー軸受
11a 第1の転がり軸受
11b 第2の転がり軸受
11aa,11ba 内輪
11ab,11bb 外輪
11ac,11bc 転動体
12 シャフト
12a フランジ部
12b 小径部
12ba 外周面
12c 大径部
12bb 端面
13 スリーブ
13a 上側胴部
13b 下側胴部
14 スペーサ部
14a,14b 端面
15 貫通孔
16 環状溝
17 流路溝
18 第1の磁性流体シール
19 第2の磁性流体シール
18a,19a 永久磁石板
18b,19b ヨーク
18c,19c 磁性流体

Claims (6)

  1. フランジ部を有するシャフトと、前記シャフトに対して共軸に設けられたスリーブと、前記シャフトと前記スリーブとの間に軸方向に離間して配置された第1および第2の転がり軸受と、を備え、相手部材に固定されるピボットアッシー軸受であって、
    前記第1の転がり軸受の内輪は前記フランジ部の端面に当接し、
    前記フランジ部の外周面に、前記スリーブの側に磁性流体が保持されている第1の磁性流体シールを備え、
    前記フランジ部は前記第1の転がり軸受に近い順に小径部と大径部を有しており、前記第1の磁性流体シールは前記小径部の外周面に固定され、
    前記相手部材に当接される前記大径部の外周面と前記スリーブの内周面は、前記第1の磁性流体シールに前記磁性流体を保持させることが可能な隙間を介して対向しており、
    前記磁性流体は、前記第1の磁性流体シールが備えるヨークの外周と前記スリーブの内周面との隙間のみに保持され、
    前記スリーブには第1および第2の転がり軸受と半径方向に重ならない位置に貫通孔が設けられている、
    ことを特徴とするピボットアッシー軸受。
  2. 前記第1の転がり軸受の内輪は前記フランジ部の小径部の端面に当接し、前記第1の転がり軸受の外輪は前記第1の磁性流体シールと離間して配置されていることを特徴とする請求項1に記載のピボットアッシー軸受。
  3. 前記第2の転がり軸受に関して前記フランジ部の反対側に、前記シャフトとの隙間に磁性流体が保持されている第2の磁性流体シールを備えている、ことを特徴とする請求項1又は2に記載のピボットアッシー軸受。
  4. フランジ部を有するシャフトと、前記シャフトに対して共軸に設けられたスリーブと、前記シャフトと前記スリーブとの間に軸方向に離間して配置された第1および第2の転がり軸受と、を備えるピボットアッシー軸受であって、
    前記第1の転がり軸受の内輪は前記フランジ部の端面に当接し、
    前記フランジ部の外周面に、前記スリーブの側に磁性流体が保持されている第1の磁性流体シールを備え、
    前記スリーブには第1および第2の転がり軸受と半径方向に重ならない位置に貫通孔が設けられていることを特徴とするピボットアッシー軸受。
  5. 請求項1〜の何れか1つに記載のピボットアッシー軸受と、
    前記ピボットアッシー軸受によって搖動可能に支持され、磁気ディスク上で磁気ヘッドを移動させるスイングアームと、
    前記ピボットアッシー軸受のシャフトが固定される前記相手部材と、
    を備えることを特徴とするディスク駆動装置。
  6. 請求項4に記載のピボットアッシー軸受と、
    前記ピボットアッシー軸受によって搖動可能に支持され、磁気ディスク上で磁気ヘッドを移動させるスイングアームと、
    前記ピボットアッシー軸受のシャフトが固定される相手部材と、
    を備えることを特徴とするディスク駆動装置。
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