TWI491816B - Pivot bearing device and magnetic recording device using the same - Google Patents

Description

樞軸承裝置及使用其之磁性記錄裝置

本發明係關於低扭矩、低扭矩變動且高精度擺動之樞軸承裝置、及使用其之磁性記錄裝置。

本發明係基於2012年3月29日申請之日本專利申請(專利2012-078227)者，其內容作為參照併入本文中。

先前，此種樞軸承裝置係將複數個滾珠軸承(串聯)配置於相對於與其內環對應之軸之軸方向，以軸為中心而可高精度且低扭矩擺動。另一方面，樞軸承裝置在磁性記錄裝置，尤其是硬碟裝置(以下簡稱HDDD)中，多作為擺臂(擺動)型磁頭存取機構之軸承使用。於HDD，面記錄密度之提高係持續進展，藉由提高線性記錄密度與磁軌密度，面記錄密度已快要達到1 Tbpsi(1 Tera Bit Per Square Inch)。因此，對於微定位精度之要求亦提高，對於樞軸承之精度之要求愈來愈提高。

專利文獻1中，藉由使構成樞軸承之2組軸承之一方之內環構成樞軸承之軸，而可削減零件件數，並抑制扭矩變動。又，揭示有HDD之臂與樞軸承經由公差環固定。揭示有公差環藉由配置於臂之孔與樞軸承之間隙，而被壓縮且利用反力對於臂之孔可彈性支撐樞軸承。又，專利文獻2中揭示有利用公差環將樞軸承固定於臂之孔時，藉由公差環之突起部分(Projection)塑性變形，而降低對樞軸承之外環之應力，降低隨外環變形而產生之影響，且可獲得拔出 力之提高。此外，亦揭示有對於臂之孔與樞軸承之外徑之間隙之不均，可擴大容許範圍，且於安裝有樞軸承之狀態下可防止扭矩上升。

先前技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-106554號公報(第4頁、[0024]-[0026]、圖5、圖7)

專利文獻2：美國專利申請公開2008/0199254號說明書(第1頁、[0012]-[0014]、圖2、圖9)

但，專利文獻1所揭示之樞軸承中，需要構成滾珠於軸之一部分上移動之轉動槽，且自軸承特性之觀點而言，材質之選擇無自由度，加工與一般之滾珠軸承之步驟不同，因此認為會造成生產性下降或價格上升。

另一方面，專利文獻2所揭示之利用公差環之樞軸承之組合中，為了使臂之孔與樞軸承之締結牢固，需要在公差環與樞軸承之外環之間給於高面壓。因此樞軸承外環之變形變大，滾珠轉動槽產生變形，並造成扭矩上升或迴轉精度下降。因此，引起HDD等記錄播放裝置之存取速度或停止位置精度下降，成為使作為記錄播放裝置之性能降低之要因。

本發明係解決上述先前之問題者，可低價實現構成簡單且精度高、可靠性高之樞軸承裝置，藉此提供可靠性高之 高密度磁性記錄裝置。

本發明為達成上述目的，提供一種樞軸裝置，其特徵在於：其係具備軸、及複數個滾珠軸承，該複數個滾珠軸承係相對於該軸於軸方向排列配置，而內環固定於前述軸上；且經由公差環將前述滾珠軸承之外環固定於臂之固定孔上，於前述軸周圍擺動者；前述滾珠軸承之滾珠數與前述公差環之按壓前述外環之山部數互相為質數關係。根據該構成，若外環係單純之環，由於會因公差環之應力而變形，故會變形成與公差環之山部數同數之多角形。滾珠軸承受到預壓，內環軌道面與外環軌道面與滾珠接觸，內環內徑部利用已插入固定之軸而使其剛性變高。因此可認為外環沿圓周方向會因滾珠之存在位置與不存在之位置，而使半徑方向之剛性產生大幅變化。即，外環具有沿圓周方向使剛性對應滾珠個數反覆變化之特性。因此，外環之變形係變成與外部應力之數量，即公差環之山部數量對應之多角形，剛性係因滾珠之數量而反覆變化。若使公差環之山部數為m，使滾珠之數量為n，則可認為外環之軌道槽之變形係外環之變形本身，可認為係變形成m與n之最小公倍數即LCM(m、n)之多角形。

那麼，由於m、n互相為質數關係，故變成LCM(m、n)=m×n角形，外形可接近真圓，可減少外環之軌道槽之變形，可防止樞軸承裝置之特性劣化。

又，特徵在於前述公差環之按壓前述外環之山部係於圓 周方向等間隔配置。根據該構成如前所述，可使外環變形之情形之多角形成正多角形。藉此，可降低變形之不均情況，並可提高樞軸承裝置之特性。

又，特徵在於前述滾珠軸承之內環、外環、及滾珠係麻田散鐵型不鏽鋼。根據該構成，與SUJ2等高碳鉻鋼相比防銹能力較高，故可無需塗布防銹油，並可降低隨著防銹油蒸發所造成之污染。

又，特徵在於前述滾柱軸承之滾珠數為11、13之任一者。根據該構成，滾珠數已為質數，因此除公差環之山部數為同數之情形外，可使與滾珠數之關係永遠互為質數關係，可提高公差環之山部數之設計自由度。

又，特徵在於前述滾珠軸承之滾珠數，多於前述公差環之按壓前述外環之山部數。根據該構成，一般公差環係藉由衝壓加工而製成，比較該精度與軸承之滾珠之配置精度，後者之精度一般而言較佳。因此，可提高可更容易進行易吸收因彈回所造成之精度劣化或每個山部之不均情況而使山部數或形狀等之最佳化之設計自由度。

又，特徵在於前述樞軸承裝置之擺動範圍係在機械角度45度以下，並使前述滾珠軸承之滾珠數為8個以上。針對滾珠軸承之迴轉方向之配置，為降低每個零件之不均情況，可以滾珠軸承之滾珠間距成機械角度以下之方式配置。藉由使用滾珠軸承之滾珠間距為45度以下，即滾珠數在8個以上之滾珠，不會有於擺動範圍內滾珠之圓周上之相互配置改變之情況，因此可實現更穩定之精度。

又，提供一種磁性記錄裝置，其特徵在於：其使用具備軸、及相對於該軸於軸方向排列配置，而內環固定於前述軸上之複數個滾珠軸承之樞軸承裝置，且經由公差環將前述軸承之外環固定於前端部搭載磁頭之臂之固定孔上，從而於軸周圍擺動，藉此使磁頭循軌移動者；且前述滾珠軸承之滾珠數與前述公差環之按壓前述外環之山部數互為質數關係。根據該構成，如前述若使公差環之山部數為m，使滾珠數為n，由於m、n互為質數關係，故變成LCM(m、n)=m×n角形，外形可接近真圓，可減少外環之軌道槽之變形，並可防止樞軸承之特性劣化。藉此，對於磁性記錄裝置中之磁頭之存取，可保持較高之樞軸承裝置之旋轉精度，故可提高磁軌密度變高之高密度記錄裝置之磁軌定位精度，並可實現利於高密度記錄之磁性記錄裝置。

如上，本發明藉由利用公差環，使外環固定之擺動型樞軸承裝置中滾珠軸承之滾珠數與公差環之山部數互為質數關係，而可減少外環之軌道槽之變形，藉此可實現低扭矩、可低扭矩變動且高精度擺動之樞軸承裝置。此外，藉由使用該樞軸承裝置，而可實現磁軌密度高之可高密度記錄之磁性記錄裝置。

針對本發明之一實施形態參照附圖進行說明。圖1係本發明之一實施形態之HDD之概要平面圖，圖2係本實施形態之HDD之HSA之平面圖，圖3係顯示本實施形態之樞軸 承裝置與臂之立體圖，圖4係顯示本實施形態之樞軸承裝置與公差環之剖面圖，圖5(a)係公差環之前視圖，圖5(b)係其剖面圖，圖6係其他公差環之立體圖，圖7係說明本實施形態之軸承與公差環之關係之概念圖，圖8係顯示本發明之樞軸承之擺動扭矩之特性圖。

本實施形態之HDD之概要，係2.5型(英寸)垂直磁性記錄方式，面記錄密度大致為750 Gbpsi(Giga bit per square inch)，搭載2 Disk具有1 TB(Tera Byte)之記憶容量。因此，首先利用圖1及圖2針對HDD之構成進行說明。

於鋁製底盤2上，藉由設於轉軸馬達4之未圖示之轉軸與集線器，固定並可旋轉地支撐作為磁性記錄媒體之磁片3。於磁片3，在玻璃基材(Substrate)上，藉由濺鍍製膜有底層、軟磁性保護層(SUL)、由Ru形成之中間層、記錄層、DLC層等。此外，於其上部表面塗布有作為氟油之以全氟聚醚(PFPE)為主成份之潤滑劑。作為記錄層，使用Co-Cr-Pt之粒狀膜，利用SiO₂ 將粒界分離。

HSA(Head Stack Assembly：磁頭臂組件)10於一端設有磁頭11，而於另一端設有構成VCM(Voice Coil Motor：音圈馬達)之線圈7，該VCM係用於向磁片3之循軌方向(磁片3之半徑方向)移動。於HSA10之磁頭11側，稱作HGA(Head Gimbal Assembly：磁頭懸架組件)之磁頭11與保持其之萬向吊架彈簧組合體係藉由型鍛而固定於臂16。於磁頭11之更前端，有稱作凸片15之部分，與安裝於底盤2之斜台5協動，使磁頭11對磁片3進行Load/Unload。磁頭11係使用搭 載於毫微微滑動頭上，藉由高剛性懸吊支撐，且進行使用熱膨脹之上浮量控制之形態者。

HSA10以將設於其中央部之樞軸承裝置13作為回動中心擺動之方式而構成。於VCM之線圈7之下側配置有磁鐵8，藉由未圖示之磁軛構成磁性電路，並藉由供給於線圈7之電流，依佛來明左手定則產生推力，使以樞軸承裝置13為旋動中心擺動，而進行循軌移動。

如圖3所示，於HSA10中樞軸承裝置13係經由公差環12固定於成為HSA10之基台之以鋁合金所製作之臂16(亦稱作E-塊)之固定孔18上。利用公差環12來固定，適合用於磁頭11因ESD(Electro Static Discharge：靜電放電)等而有故障之情形，將HSA10由HDA(Head Disk Assembly：具磁頭磁碟裝配)拆下，進行交換或修正等重工。

近年來，HDD高密度化發展，伴隨於此，磁頭11亦高性能化發展，但用於實現更高MR比之膜構成變得複雜，有ESD耐受量下降之傾向。又，零件之單價亦上揚，故HGA之重工作業性較高為佳，因此與如先前之接著或壓入等相比，期待利用公差環12固定來提高作業性。

如圖3及圖4所示，樞軸承裝置13係具備軸21、及複數(實施形態中為一對)個滾珠軸承20，該複數個滾珠軸承20經由間隔件30相對於軸21於於軸方向排列配置。於軸21上設有用於將樞軸承裝置13固定於底盤2上之螺絲22。滾珠軸承20係具備：固定於軸21之內環27、經由公差環12固定於臂16之固定孔18之外環25、配置於內環27與外環25之間 之複數個滾珠26、保持滾珠26之保持器28、及密封構件29；且藉由潤滑油潤滑。

另，本實施形態中，內環27、外環25、及滾珠26係分別包含麻田散鐵型不鏽鋼。藉此，與使用SUJ2等高碳鉻鋼之情形相比防銹能力較高，故可無需塗布防銹油，並可降低隨著防銹油蒸發所造成之之污染。

又，如圖5所示，公差環12係將包含SUS304CSP等彈簧材之鋼板捲成筒狀者，且於軸方向中間部，向徑方向外側突出之複數個突出部12a係在圓周方向等間隔配置。因此，於複數個突出部12a間，按壓外環25之複數個山部12b係在圓周方向等間隔配置。

另，如圖6所示，公差環12亦可以將突出部12a分配在軸方向，分配後之突出部12a之間之各山部12b按壓各滾珠軸承20之外環25之方式來構成。

又，本實施形態中，所謂鄰接之突出部12a之間之按壓外環25之山部，係指與外環25抵接之接觸面，藉由公差環12在樞軸承裝置13與臂16之間使各突出部12a變形，而從兩側之突出部12a對該接觸面賦予按壓力。因此，本實施形態中，山部數(接觸面之數量)與突出部12a之數量於實質成相等數量。

此處，本實施形態中，以滾珠軸承20之滾珠數與公差環12之按壓外環25之山部數互為質數關係之方式而設定。若外環25係單純之環，由於外環25因公差環12之應力而變形，故會變形成與公差環12之山部數同數之多角形。滾珠 軸承20受到預壓，內環軌道面及外環軌道面與滾珠26接觸，又，內環內徑部利用已插入固定之軸21而使其剛性變高。因此可認為外環25沿圓周方向會因滾珠26之存在位置與不存在之位置，而使半徑方向之剛性產生大幅變化。即，外環25具有沿圓周方向使剛性對應滾珠26個數反覆變化之特性。因此，外環25之變形係變成與外部應力之數量，即公差環12之山部數對應之多角形，剛性隨著滾珠26之數量而反覆變化。若使公差環12之山部數為m，使滾珠26之數量為n，則可認為外環25之軌道槽之變形係外環25之變形本身，可認為係變形成m與n之最小公倍數，即LCM(m、n)之多角形者。

那麼，由於m、n互為質數關係，故變成LCM(m、n)=m×n角形，外形可接近真圓，可減少外環25之軌道槽之變形，可實現樞軸承裝置13之低扭矩化。

例如，如圖7所示，若在公差環12之山部位置存在滾珠26，則公差環12之山部、外環25、滾珠26、內環27、及軸21成為大致配置於相同半徑上之關係，因此外形上外環之剛性變成最大，可減少真圓度之劣化。另一方面，公差環12之山部位置變成在滾珠26與滾珠26中間之情形，則相對地外環之剛性變成最小。如圖7所示，互成質數關係之m=8、n=9之情形中，外環25變形成以LCM=72形成之多角形，可提高外形上之真圓度。

尤其是公差環12之山部12b在圓周方向等間隔配置，故可使外環25變形情形之多角形成正多角形，降低變形之不 均情況。

另，滾珠軸承20之滾珠數只要係滿足上述關係者，則可任意設定，但實際作為應用於HDD之滾珠軸承20之滾珠數，例如使用8個以上13個以下者。又，公差環12之山部數亦可任意設定，但實際作為應用於HDD之公差環12之山部數，係應用7個以上15個以下者。

因此，作為滿足上述關係者，例如使滾珠數n為8個之情形，公差環12之山部數m係應用7、9、11、13、15等。又，使滾珠數n為11、13個之任一者之情形，滾珠數已為質數，因此除公差環12之山部數為相同之情形外，可使與滾珠數之關係永遠互為質數關係，可提高公差環12之山部數之設計自由度。即，使滾珠數n為11之情形中，山部數m係應用7、8、9、10、12、13、14、15等。又，使滾珠數n為13之情形，山部數m則應用7、8、9、10、11、12、14、15等。

又，一般言之，公差環12係藉由衝壓加工而製成，因此與滾珠軸承20中滾珠26之配置精度相比，後者之精度一般而言較佳。因此，為了可設計成易吸收因彈回所造成之精度劣化或每個山部之不均情況之最佳之山部數或形狀等，使滾珠數n多於公差環12之山部數m則更為理想。

又，樞軸承裝置13之擺動範圍在本實施形態中為機械角度45度以下，針對滾珠軸承20之旋轉方向之配置，為降低每個零件之不均，以滾珠軸承20之滾珠間距成機械角度以下之方式配置。即，不會有因使用滾珠為8個以上之滾珠 軸承，而造成於擺動範圍內滾珠26之圓周上之相互配置改變之情況，因此可實現更穩定之精度，提高磁性記錄裝置之可靠性。

(扭矩試驗)

接著，參照圖7及圖8，針對用於確認本發明之效果之試驗進行說明。本試驗中，作為實施例，使用如圖7所示之使滾珠數n為9個、公差環12之山部數m為8個者；另一方面作為先前例，使用使滾珠數n為8個、公差環12之山部數m為8個之情形者，測定在相同條件下使臂擺動時之扭矩。又，單體使用安裝公差環12前之實施例之樞軸承裝置13，將使樞軸承裝置13在相同條件下擺動時之扭矩之測定結果顯示於圖8(a)。

如圖8(b)所示，實施例之情形中，與單體使用樞軸承裝置13之圖8(a)相比，雖扭矩增加但無明顯不均。另一方面，如圖8(c)所示，先前例之情形中，可知扭矩之變動變大。其結果，確認了藉由滾珠軸承20之滾珠數與公差環12之山部數互為質數，抑制了扭矩變動。

另，本發明不限於上述實施形態，可適當變形、改良等。

例如本實施形態中，設為公差環12直接按壓各滾珠軸承之外環25之構成，但只要係使用公差環12之按壓力作用於外環25程度之薄套筒者，則本發明亦可應用於外環25固定於套筒之類型者。

又，本實施形態中，雖然公差環12之突出部12a，從組 裝性之觀點而言，向徑方向外側突出，但亦可向徑方向內側突出，將各突出部之頂部作為公差環12之山部12b。

1‧‧‧HDD

2‧‧‧底盤

3‧‧‧光盤

4‧‧‧轉軸馬達

5‧‧‧燈

7‧‧‧線圈

8‧‧‧磁鐵

10‧‧‧HSA

11‧‧‧磁頭

12‧‧‧公差環

12a‧‧‧突出部

12b‧‧‧山部

13‧‧‧樞軸承裝置

16‧‧‧臂

18‧‧‧固定孔

20‧‧‧滾珠軸承

21‧‧‧軸

25‧‧‧外環

26‧‧‧滾珠

27‧‧‧內環

圖1係本發明之一實施形態之HDD之概要平面圖。

圖2係本實施形態之HDD之HSA之平面圖。

圖3係顯示本實施形態之滾珠軸承裝置與臂之立體圖。

圖4係顯示本實施形態之樞軸承裝置與公差環之剖面圖。

圖5(a)係公差環之正視圖，(b)係其剖面圖。

圖6係其他公差環之立體圖。

圖7係顯示本發明之一實施形態之樞軸承裝置與公差環之關係之平面圖。

圖8(a)~(c)係顯示用於確認本發明之樞軸承之效果之各擺動扭矩之特性圖。

1‧‧‧HDD

2‧‧‧底盤

3‧‧‧碟片

4‧‧‧轉軸馬達

5‧‧‧燈

7‧‧‧線圈

8‧‧‧磁鐵

10‧‧‧HSA

11‧‧‧磁頭

12‧‧‧公差環

13‧‧‧樞軸承裝置

Claims (12)

1. 一種樞軸承裝置，其特徵在於：其係經由公差環配置於臂之固定孔上，且具備軸及相對於該軸於軸方向排列配置之複數個滾珠軸承；前述滾珠軸承之各者包含固定於前述軸且具有軌道槽之內環、經由公差環固定於前述臂且具有與前述內環之前述軌道槽對向之軌道槽之外環、及配置於前述內環之前述軌道槽與前述外環之前述軌道槽之間之複數個滾珠；其中前述滾珠軸承之各者之前述滾珠數與前述公差環之直接按壓前述外環之山部數係互為質數關係。
2. 如請求項1之樞軸承裝置，其中前述公差環之按壓前述外環之山部係於圓周方向等間隔配置。
3. 如請求項1之樞軸承裝置，其中前述滾珠軸承之前述內環、外環、滾珠係麻田散鐵型不鏽鋼。
4. 如請求項2之樞軸承裝置，其中前述滾珠軸承之前述內環、外環、滾珠係麻田散鐵型不鏽鋼。
5. 如請求項1至4中任一項之樞軸承裝置，其中前述滾珠軸承之滾珠數為11、13之任一者。
6. 如請求項1至4中任一項之樞軸承裝置，其中前述滾珠軸承之滾珠數多於前述公差環之按壓前述外環之山部數。
7. 如請求項5之樞軸承裝置，其中前述滾珠軸承之滾珠數多於前述公差環之按壓前述外環之山部數。
8. 如請求項1至4中任一項之樞軸承裝置，其中前述樞軸承裝置之擺動範圍係在機械角度45度以下，且前述滾珠軸 承之滾珠數為8個以上。
9. 如請求項5之樞軸承裝置，其中前述樞軸承裝置之擺動範圍係在機械角度45度以下，且前述滾珠軸承之滾珠數為8個以上。
10. 如請求項6之樞軸承裝置，其中前述樞軸承裝置之擺動範圍係在機械角度45度以下，且前述滾珠軸承之滾珠數為8個以上。
11. 如請求項7之樞軸承裝置，其中前述樞軸承裝置之擺動範圍係在機械角度45度以下，且前述滾珠軸承之滾珠數為8個以上。
12. 一種磁性記錄裝置，其特徵在於：其使用樞軸承裝置，前述樞軸承裝置經由公差環配置於前端部搭載磁頭之臂之固定孔上，且具備軸及相對於該軸於軸方向排列配置之複數個滾珠軸承；前述滾珠軸承之各者包含固定於前述軸且具有軌道槽之內環、經由公差環固定於前述臂且具有與前述內環之前述軌道槽對向之軌道槽之外環、及配置於前述內環之前述軌道槽與前述外環之前述軌道槽之間之複數個滾珠；其中前述滾珠軸承之各者之前述滾珠數與前述公差環之直接按壓前述外環之山部數係互為質數關係。