JP7243640B2 - 玉軸受及び軸受ユニット - Google Patents

Description

本発明は、玉軸受及び軸受ユニットに関し、例えば、ハードディスクドライブのスイングアームの支持などに使用される玉軸受及び軸受ユニットに関する。

現在のハードディスクドライブ（以下、ＨＤＤとも言う。）のスイングアームは、一般的に、図１に示す小型軸受を２個組み合わせたピボット軸受ユニット１０によって支持されている。

ピボット軸受ユニット１０は、ＨＤＤのベースに立設される軸１２と、スイングアームが外装されるスリーブ１８と、これらの軸１２とスリーブ１８との間に配置される一対の玉軸受１４と、を備える。スリーブ１８と間座２０は一体で成型される場合も多く、また、スリーブを省略して軸受の外輪３１に直接スイングアームを外装する場合もある。

玉軸受１４は、相対回転可能に対向して配置される一対の軌道輪として、内輪３０及び外輪３１と、内輪３０と外輪３１との間に転動自在に設けられる複数の玉３２と、複数の玉３２を周方向に等間隔に保持する保持器３３と、を備え、一般的に、軸受内部に封入されたグリースによって潤滑が行われている。そして、内輪３０と外輪３１との間には、軸受内部を密封するための非接触型の片側に一枚又は両側に一対のシールド部材３４が設けられ、これにより、軸受外部からの異物（例えば、塵埃）の侵入が防止されると共に、軸受内部に封入されたグリース組成物の軸受外部への漏洩が防止されている。

保持器３３は、図２に示すように、合成樹脂製の冠型保持器であり、軸方向一方側に開口部をそれぞれ備える複数の球面ポケット４１Ａが周方向に所定の間隔で形成されている。また、図２中の符号４２は円環状の本体部、符号４３は柱部、符号４４は爪部である。なお、現在、低トルク、量産性などの要求から、一般的に、合成樹脂製の冠型保持器が使用されている。

そして、玉軸受１４は、内輪３０が軸１２に外嵌されると共に、外輪３１がスリーブ１８に内嵌されている。また、スリーブ１８の内周部には、一対の玉軸受１４間に配置される環状の間座２０が嵌合されている。これにより、一対の玉軸受１４が所定の予圧を付与された状態で所定位置に固定される。

また、従来の玉軸受用の冠型保持器として、ポケットが、軸受径方向における外輪側に形成される球面形状の第１ポケット面と、軸受径方向における内輪側に形成される円筒形状の第２ポケット面と、を有し、これにより、オイルパーティクルの発生を抑えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

日本国特開２０１６－１８０４３６号公報

ところで、近年、ＨＤＤの高速化・高密度化に伴い、ＨＤＤ内部により高い清浄度が求められるようになり、軸受から発生するオイルパーティクルが問題となる可能性がある。オイルパーティクルとは、軸受の潤滑に使用されるグリースが軸受の回転によって軸受内部で撹拌され、グリースに含まれる油分の一部が微細な飛沫となったもので、このオイルパーティクルが軸受外部に飛散し、ＨＤＤ内部の磁気ディスク、読取ヘッドなどに付着してしまうと、性能の低下、読み書きエラー、ＨＤＤの故障などの不具合が生じる可能性がある。

また、図３は、現在の一般的な冠型保持器３３における玉３２とポケット４１Ａの部分の断面図であり、玉３２が転動し、保持器３３のポケット４１Ａの周方向片側の壁に接触している状態を示している。そして、特許文献１の図６に示されているような、現在の一般的な球面ポケットを有する保持器の場合、ポケット４１Ａの直径は、玉３２の転動を阻害しないように、玉３２の直径よりもごく僅かに大きく設定されている。

従って、ポケット４１Ａの直径と玉３２の直径がほぼ同じ大きさであるため、実際の保持器３３と玉３２との接触点Ｐは、玉３２のピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）上の一点であるが、ポケット４１Ａのエッジ部（径方向両端縁）Ｅと玉３２との間にすき間が確保できず、玉３２の転動に伴い、このエッジ部Ｅにおいてグリースの掻き取りが発生し、オイルパーティクルが発生する可能性がある。
また、特許文献１の保持器は、量産コストの面で改善の余地がある。

そして、オイルパーティクルを減少させる方法は様々検討されてきたが、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の減少に関して改善の余地がある。

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、オイルパーティクルの発生を減少することができる玉軸受及び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）内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に設けられる複数の玉と、前記複数の玉を周方向に等間隔に保持する保持器と、を備える玉軸受であって、前記保持器は、前記玉を保持するための複数のポケットを有し、前記複数のポケットは、第１ポケット及び第２ポケットを含む少なくとも２種類のポケットからなり、前記玉と前記第２ポケットの内周面における保持器内外周面側のすき間が、前記玉と前記第１ポケットの内周面における保持器内外周面側のすき間よりも大きいことを特徴とする玉軸受。
（２）前記第１ポケットの内周面の曲率半径は、前記玉の半径の１．０２倍～１．０６倍であることを特徴とする請求項１の玉軸受。
（３）（１）又は（２）に記載の玉軸受が組み込まれたことを特徴とする軸受ユニット。

本発明によれば、保持器の複数のポケットが、第１ポケット及び第２ポケットを含む少なくとも２種類のポケットからなり、玉と第２ポケットの内周面における保持器内外周面側のすき間が、玉と第１ポケットの内周面における保持器内外周面側のすき間よりも大きいため、保持器によるグリースの掻き取りを抑制して、オイルパーティクルの発生を減少することができる。

ピボット軸受ユニットを示す半断面図である。 冠型保持器を示す斜視図である。 一般的な冠型保持器における玉とポケットの部分の断面図である。 本発明に係る玉軸受に組み込まれる冠型保持器の平面図である。 本発明に係る冠型保持器における玉と第２ポケットの部分の断面図である。 第２ポケットの内周面を複数の曲面で構成する場合を説明する断面図である。 第２ポケットのエッジ部と玉との間のすき間の考え方を説明する断面図である。 オイルパーティクル確認試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る玉軸受及び軸受ユニットの一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
なお、本発明は、冠型保持器の改良に関し、冠型保持器が組み込まれる玉軸受の各構成、及びその玉軸受を備えるピボット軸受ユニットの各構成は、冠型保持器以外、図１で示したものと同様である。また、冠型保持器の基本的な構成は、図２に示したものと同様である。

本実施形態の冠型保持器３３Ａは、図２及び図４に示すように、円環状の本体部４２と、本体部４２から軸方向にそれぞれ延び、周方向に所定の間隔で設けられる複数の柱部４３と、を有し、柱部４３の軸方向一方側には、円周方向両側に爪部４４，４４が形成されている。
なお、本実施形態の冠型保持器３３Ａは、ポリアミド６６などのポリアミド系樹脂と１０ｍａｓｓ％のガラス繊維などの強化繊維からなる樹脂製保持器である。また、冠型保持器３３Ａは、玉案内保持器である。

そして、本実施形態では、図４に示すように、１つの保持器の中に、図３に示す１種類目のポケットである第１ポケット４１Ａと図５に示すグリースの掻き取りを防止する２種類目のポケットである第２ポケット４１Ｂが採用されている。つまり、玉を保持する複数のポケットは、少なくとも２種類のポケットからなる。なお、ポケットの種類は、２種類に限定されず、第２ポケットの種類を増やして、３種類以上にしてもよい。

第１ポケット４１Ａは、上述した図３に示す一般的な球面ポケットである。

また、第１ポケット４１Ａの内周面の曲率半径は、保持器３３Ａの径方向の動き量を抑制するため、玉３２の半径の１．０２倍～１．０６倍であることが好ましい。

第２ポケット４１Ｂは、図５に示すように、保持器３３Ａと玉３２が接触したときに、第２ポケット４１Ｂの径方向両側のエッジ部Ｅと玉３２との間にすき間が確保される形状に形成されている。つまり、玉３２と第２ポケット４１Ｂの内周面における保持器内外周面側のすき間が、玉３２と第１ポケット４１Ａの内周面における保持器内外周面側のすき間よりも大きく設定されている。そして、本発明では、第２ポケット４１Ｂは、エッジ部Ｅと玉３２との間にすき間が確保されるため、グリースの掻き取りが抑制され、オイルパーティクルの発生を減少させるように機能する。

また、第２ポケット４１Ｂの具体的な形状としては、凹面状となっていることが好ましく、第２ポケット４１Ｂの内周面の曲率半径を玉３２の半径よりも大きく設定すること（図５参照）、第２ポケット４１Ｂの内周面を単一な曲面ではなく複数の曲面で構成すること（図６参照）、第２ポケット４１Ｂの内周面の少なくとも１部の曲率半径を第１ポケット４１Ａの内周面の曲率半径よりも大きく設定すること（図５及び図６参照）、及び第２ポケット４１Ｂの内周面を保持器の径方向に長軸を持つ楕円形状にすることなどを挙げることができる。

例えば、図５に示すように、第２ポケット４１Ｂの内周面を単一な曲面で構成し、第２ポケット４１Ｂの内周面の曲率半径を玉３２の半径よりも大きく設定することですき間を確保する場合、第２ポケット４１Ｂの内周面の曲率半径は、エッジ部Ｅと玉３２との間にすき間を確保するため、玉３２の半径の１．０６倍よりも大きくすることが好ましく、保持器の安定性のためには、１．１０倍以下にすることが好ましい。

また、第２ポケット４１Ｂの内周面を複数の曲面で構成することですき間を確保する場合、図６に示すように、第２ポケット４１Ｂの内周面は、保持器３３Ａの径方向中心側に位置する第１曲面Ｃ１と、第１曲面Ｃ１よりも径方向外側に位置する第２曲面Ｃ２と、第１曲面Ｃ１よりも径方向内側に位置する第３曲面Ｃ３と、を有する。第１曲面Ｃ１の曲率半径は、玉３２の半径の１．０２倍～１．０６倍に設定されることが好ましく、第２曲面Ｃ２と第３曲面Ｃ３の曲率半径は、第１曲面Ｃ１の曲率半径よりも大きく設定されている。また、第２曲面Ｃ２と第３曲面Ｃ３の曲率半径は、同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。そして、この場合、外径側の第２曲面Ｃ２と内径側の第３曲面Ｃ３を、玉３２の半径よりも大きい曲率半径に設定するため、第２ポケット４１Ｂのエッジ部Ｅと玉３２との間にすき間を確保し、エッジ部Ｅと玉３２の接触を避けることができる。

次に、図７を参照して、第２ポケット４１Ｂのエッジ部Ｅと玉３２との間のすき間について説明する。一般的に保持器のポケットのピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）と玉のピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）は同心で設計されるため、ポケットのエッジ部と玉とのすき間は、同心の場合を基準に設定する。なお、図７では、保持器のポケットのピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）と玉のピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）は同心に配置されている。
そして、図７に示すように、軸受が回転する際、回転方向（図７の矢印方向）に玉３２が進行し、それに伴い、第２ポケット４１Ｂの内周面と玉３２が接触する。ここで、その状態におけるエッジ部Ｅから玉３２の表面までの周方向のすき間寸法をＸとし、設計上の保持器のポケットのピッチ円直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）から保持器の径方向端までの径方向の距離をＬとする。すき間寸法Ｘと距離Ｌは、内径側と外径側でそれぞれ定義されるが、すき間寸法Ｘが大きい方を設計上の基準とする。
なお、保持器の内周面と外周面との間の肉厚である保持器の径方向の幅は、最低必要とされる強度、内外輪との干渉の防止などの観点から玉の直径の６０％～９０％に収めることが望ましい。
そして、オイルパーティクルの発生量を少なくするためには、すき間寸法Ｘの長さは、上記保持器の径方向の幅から求められる距離Ｌに対し、少なくともすき間寸法Ｘが大きい側で、すき間寸法Ｘと距離Ｌの関係が１．８％≦Ｘ／Ｌとなることが望ましい。また、内径側と外径側の両方で上記条件を満たす方がより望ましい。また、保持器の径方向の動き量を必要な範囲とするためには、Ｘ／Ｌ≦５．０％とすることが望ましい。

また、本実施形態では、第１ポケット４１Ａは３箇所、第２ポケット４１Ｂは１０箇所配置されている。なお、第１ポケット４１Ａと第２ポケット４１Ｂの数に限定はなく、任意に設定可能である。

また、第１ポケット４１Ａの数は、保持器の安定性のためには、２箇所以上が好ましく、３箇所以上がより好ましいが、オイルパーティクルを減少させるためには、全ポケットの半数以下とすることが好ましく、４箇所以下とすることがより好ましく、３箇所以下とすることが更に好ましい。また、第１ポケット４１Ａの配置は、保持器３３Ａの径方向の動き量を抑制するため、保持器の周方向に等間隔又は可能な限り等間隔に配置した方が好ましい。

このように構成された玉軸受１４では、冠型保持器３３Ａが第１ポケット４１Ａ及び第２ポケット４１Ｂを備えるため、保持器３３Ａの径方向の動き量を抑制しつつ、通常の保持器よりもオイルパーティクルを減少することができる。ところで、冠型保持器３３Ａの全ポケットを第２ポケット４１Ｂの形状にする場合、通常の保持器と比較して、保持器の径方向の動き量が大きくなると予想され、保持器の径方向の動き量が大きくなると、保持器が外輪や内輪に衝突し、軸受のトルク、音響などの性能に影響を与える可能性がある。また、グリースの付着した保持器が外輪や内輪に衝突することは新たなオイルパーティクルの発生要因となる。このため、第１ポケット４１Ａを適宜配置して、保持器３３Ａの径方向の動き量を抑制する必要がある。

以上説明したように、本実施形態の玉軸受１４及び軸受ユニット１０によれば、玉３２と第２ポケット４１Ｂの内周面における保持器内外周面側のすき間が、玉３２と第１ポケット４１Ａの内周面における保持器内外周面側のすき間よりも大きいため、保持器３３Ａによるグリースの掻き取りを抑制して、オイルパーティクルの発生を減少することができる。また、球面ポケットである第１ポケット４１Ａを、保持器３３Ａの周方向に略等間隔に配置するため、保持器３３Ａの径方向の動き量を抑制することができる。

また、本実施形態の玉軸受１４及び軸受ユニット１０によれば、上記したすき間寸法Ｘと距離Ｌの関係を１．８％≦Ｘ／Ｌ≦５．０％に設定することにより、オイルパーティクルの発生を減少することができると共に、保持器３３Ａの径方向の動き量を必要な範囲に収めることができる。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

本発明の作用効果を確認するため、第１ポケット及び第２ポケットを備える保持器（本発明例）を組み込んだピボット軸受ユニットと、第１ポケットのみを備える保持器（従来例）を組み込んだピボット軸受ユニットと、を用意して、それぞれに対してオイルパーティクル確認試験を行った。

本発明例では、１３個のポケットのうち３箇所を上記第１ポケットとし、１０箇所を上記第２ポケットとした。また、上記したすき間寸法Ｘと距離Ｌの関係は、第１ポケットをＸ／Ｌ＝１．３％に設定し、第２ポケットをＸ／Ｌ＝２．５％に設定した。また、第１ポケットは、従来例のポケットと同じ曲率半径に設定した。また、第２ポケットは、第１ポケットよりも大きい曲率半径に設定することでＸ／Ｌを大きくした。

そして、本試験では、ピボット軸受ユニットを一定時間往復動させた後に、前記ピボット軸受ユニットから発生し、測定器にて検出されたオイルパーティクルの総数を確認した。試験結果を図８に示す。

図８から明らかなように、従来例ではオイルパーティクルが約２４５０個検出されたのに対して、本発明例ではオイルパーティクルが約１５００個検出された。従って、第２ポケットのエッジ部と玉との間にすき間を確保する本発明の有効性が実証された。

なお、本出願は、２０１８年２月１日出願の日本特許出願（特願２０１８－０１６２７７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

１０ ピボット軸受ユニット
１２ 軸
１４ 玉軸受
１８ スリーブ
２０ 間座
３０ 内輪
３１ 外輪
３２ 玉
３３Ａ 冠型保持器
３４ シールド部材
４１Ａ 第１ポケット
４１Ｂ 第２ポケット
４２ 本体部
４３ 柱部
４４ 爪部
Ｅ エッジ部
Ｐ 接触点

Claims (4)

1. 内輪及び外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に設けられる複数の玉と、前記複数の玉を周方向に等間隔に保持する保持器と、を備える玉軸受であって、
   前記保持器は、前記玉を保持するための複数のポケットを有し、
   前記複数のポケットは、第１ポケット及び第２ポケットを含む少なくとも２種類のポケットからなり、
   前記玉と前記第２ポケットの内周面における保持器内外周面側のすき間が、前記玉と前記第１ポケットの内周面における保持器内外周面側のすき間よりも大きく、
   前記第２ポケットのピッチ円直径と、前記玉のピッチ円直径とを同心に配置し、前記第２ポケットの内周面と前記玉とが接触した状態における、前記第２ポケットの径方向両側のエッジ部から前記玉の表面までの周方向のすき間寸法をＸとし、前記第２ポケットのピッチ円直径から前記保持器の径方向端までの径方向の距離をＬとした場合に、前記第２ポケットのすき間寸法Ｘを、１．８％≦Ｘ／Ｌ≦５．０％となるように設定したことを特徴とする玉軸受。
2. 前記第１ポケットの内周面の曲率半径は、前記玉の半径の１．０２倍～１．０６倍であることを特徴とする請求項１の玉軸受。
3. 前記第２ポケットの内周面の曲率半径は、前記玉の半径の１．０６倍より大きく、１．１０倍以下としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の玉軸受。
4. 請求項１～３の何れか１項に記載の玉軸受が組み込まれたことを特徴とする軸受ユニット。

Images