JP2000304058A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 潤滑剤の少ない場合に生じるフレッチング磨
耗を防止しつつ、低トルクでトルク変動も少なく、しか
も、潤滑剤の蒸発、飛散によるコンタミネーションが防
止できる転がり軸受を提供する。 【解決手段】 外輪３１の内周に内輪２９を配置し、外
輪３１の内周面と内輪２９の外周面との間に複数の転動
体（玉３７）を円周方向に介装し、転動体３７を介して
内輪２９と外輪３１とを相対回転自在に組付けた転がり
軸受（玉軸受２７）において、外輪３１の内周面と内輪
２９の外周面との間に形成される空間４１に、この空間
４１の容積の０．３乃至３％の潤滑剤を封入した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば高速で微小
揺動する磁気ディスク装置用スイングアームの軸受等に
用いて好適な転がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ディスク装置用のスイングアーム
は、磁気ディスク上の目標トラックを先端の磁気ヘッド
で高速且つ高精度にシークするために、高速な微小揺動
が要求される。このような高速、微小揺動を実現させる
ため、スイングアームの基端揺動部には転がり軸受が使
用される。図６は従来の転がり軸受によって支持された
スイングアーム基端の断面図である。高速、微小揺動を
行うアクチュエータ（例えばボイスコイルモータ）のケ
ーシング１内にはベースプレート３が螺着され、ベース
プレート３は一端に支持軸５の下端を嵌着固定してい
る。また、支持軸５の上端は,ケーシング１を貫通する
ネジ６によってケーシング１に螺着される。

【０００３】支持軸５の外周には、一対の玉軸受（転が
り軸受）７が支持軸５の軸線方向に間隔を有して設けら
れている。玉軸受７は、内輪が支持軸５に固着され、外
輪がハウジング９に固着されている。ハウジング９の外
周にはスイングアーム１１の基端が固定され、スイング
アーム１１は玉軸受７を介して支持軸５に揺動自在に支
持される。スイングアーム１１の先端には不図示の磁気
ヘッドが設けられる。また、ハウジング９の外周にはボ
イスコイル部１３が設けられ、このボイスコイル部１３
はハウジング９内に配設された永久磁石１５によって形
成される磁界中に設けられている。従って、ボイスコイ
ル部１３に磁気回路によって所定の電流を流すことによ
り、回動力が付与され、スイングアーム１１が所定量揺
動されるようになっている。

【０００４】ところで、この種の玉軸受７には、潤滑の
ため内部にグリース等の潤滑剤が封入されている。従
来、この潤滑剤の封入量は、軸受内部の空間容積の１０
乃至２０％程度が一般的であった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、磁気ディスク装
置では、装置の高密度化に伴い、磁気ヘッドと磁気ディ
スクとのスペーシングに、より狭いものが要求される。
このため、磁気ディスク装置の信頼性にとっては、コン
タミネーション（汚染物）の管理がますます重要とな
る。特にスイングアームは、磁気ディスク面に近接して
設けられるため、コンタミネーションの少ないことが要
求される。このことから、玉軸受には、従来にも増して
蒸発や飛散の少ない潤滑剤、潤滑方法が求められてい
る。一方、磁気ディスクのトラック幅は、ますます狭く
なってきており、スイングアームには、目標トラックへ
のアクセスの高速化と位置決め性能の高精度化が要求さ
れる。このことから、スイングアームを支持する玉軸受
には、トルクの増大や、急激なトルク変動（トルクスパ
イク）のないことが求められている。しかしながら、従
来のスイングアーム用玉軸受は、長寿命化の目的で、軸
受内空間容積の１０乃至２０％の多量のグリースを封入
することが一般的であったため、グリースの蒸発や飛散
を原因としたアウトガスの発生や、これらが磁気ディス
ク表面に付着する虞れを招かないよう種々の工夫の必要
があった。また、耐久性の向上等のためにグリース封入
量を多くしようとすると、トルク変動やトルク増大を招
く問題もあった。本発明は上記状況に鑑みてなされたも
ので、潤滑剤の少ない場合に生じるフレッチング磨耗を
防止しつつ、低トルクでトルク変動も少なく、しかも、
潤滑剤の蒸発、飛散によるコンタミネーションが防止で
きる転がり軸受を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る転がり軸受は、外輪の内周面と内輪の外
周面にそれぞれ軌道面を形成し、該軌道面同士の間に複
数の転動体を介装させて組付けた転がり軸受において、
前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に形成され
る空間に、該空間容積の０．３乃至３％の潤滑剤を封入
したことを特徴とする。

【０００７】この転がり軸受では、外輪の軌道面と内輪
の軌道面との間に形成される空間に、潤滑剤が封入さ
れ、その封入量が空間容積の０．３乃至３％とされる。
これにより、潤滑剤の過不足がなくなり、潤滑剤の封入
量が０．３％以下の場合に生じ易い早期のフレッチング
磨耗や、軌道面、転動体の損傷がなくなると共に、潤滑
剤の封入量が３％以上の場合に生じ易い潤滑剤の蒸発や
飛散、トルクの増加や変動がなくなる。従って、本発明
に係る転がり軸受が磁気ディスク装置用スイングアーム
の軸受として用いられれば、少ないコンタミネーション
で、スイングアームの高速且つ高精度な動作が可能にな
る。

【０００８】また、本発明に係る転がり軸受は、前記外
輪及び内輪の両端面で開口する前記空間の環状間隙を塞
ぐシール部材が、前記外輪又は前記内輪の一方に固設さ
れるものであってもよい。

【０００９】この転がり軸受では、外輪及び内輪の両端
面で開口する空間の環状間隙が、シール部材によって封
止され、外部からの軸受内への異物の侵入が防止される
と共に、空間内に封入された潤滑剤の外部への蒸発や飛
散が防止される。これにより、転がり軸受の長寿命化が
図られると共に、潤滑剤の蒸発や飛散に伴うコンタミネ
ーションの低減が可能になる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る転がり軸受の
好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図
１は本発明に係る転がり軸受を備えた磁気ディスク装置
用スイングアームの揺動部断面図、図２は図１に示した
転がり軸受の要部拡大図である。

【００１１】高速、微小揺動を行うアクチュエータ（例
えばボイスコイルモータ）のケーシング２１内には支持
軸２３の下端が固定され、支持軸２３の上端はケーシン
グ２１を貫通するネジ２５によってケーシング２１に螺
着される。

【００１２】支持軸２３の外周には、一対の玉軸受（転
がり軸受）２７が支持軸２３の軸線方向に設けられてい
る。玉軸受２７は、内輪２９が支持軸２３に圧入固定さ
れ、外輪３１がハウジング３３に圧入固定されている。
ハウジング３３の外周には不図示のスイングアームの基
端が固定され、スイングアームは玉軸受２７を介して支
持軸２３に揺動自在に支持されている。

【００１３】図２に示すように、玉軸受２７の外輪３１
の内周面と、内輪２９の外周面には、軌道面３５、３６
が形成されている。この軌道面３５、３６同士の間に
は、転動体である複数の玉３７が、円周方向に介装され
ている。また、外輪３１と内輪２９との間には環状の保
持器３９が装着され、転動体を回動自在に保持してい
る。つまり、外輪３１と内輪２９とは、玉３７を介して
相対回転自在に組付けられている。

【００１４】玉軸受２７の外輪３１の内周面と内輪２９
の外周面との間には、玉３７及び保持器３９を収容した
空間４１が形成される。ここでいう“空間”とは、外輪
の内周面と内輪の外周面との間の、シール部材により囲
まれた領域内で、玉及び保持器の容積を除く空間を指
す。シール部材のない軸受の場合は、シール部材を設け
た状態を想定し、その状態におけるシール部材に囲まれ
る仮想領域内で考える。この空間４１には、潤滑剤であ
るオイル又はグリースが封入されている。潤滑剤の封入
量は、後述するように、空間４１の容積の０．３％以下
の場合、早期のフレッチング磨耗や、軌道面、転動体の
損傷が生じ易くなることが発明者らによる実験により確
かめられている。また、潤滑剤の封入量は、空間４１の
容積の３％以上の場合、蒸発や飛散、トルクの増加や変
動が生じ易くなることが発明者らによる実験により確か
められている。

【００１５】従って、本実施形態による玉軸受２７の空
間４１には、この空間容積の０．３乃至３％の潤滑剤が
封入されている。更に、アウトガスを低く押さえるため
には、封入量の上限が２％以下であることがより好まし
いことが確認されている。

【００１６】この潤滑剤としては、にじみ出しの少ない
ウレア系グリース、フッ素系グリース、エステル系オイ
ル或いはフッ素系オイル等が好ましい。また、アウトガ
スを低く押さえるためには、親和性の高いフッ素系グリ
ース或いはフッ素系オイル等を用いることが好ましい。

【００１７】グリース或いはオイル等の潤滑剤は、予め
玉３７と内輪２９、玉３７と外輪３１の軌道面、及び玉
３７と保持器３９ポケット面の摺動面の少なくとも１か
所に注入によって封入される。これは、初期の回転或い
は揺動によって潤滑剤が全面に転写されるため、少なく
とも１か所に注入されていれば摺動面全面に亘って潤滑
剤を分布させることができるためである。

【００１８】潤滑剤がオイルの場合の封入方法として
は、オイルを薄く塗布しておくディッピング（どぶ漬
け）法を採用することができる。また、所謂、オイルプ
レーティングを施しても良い。更に、コーティング或い
は薄膜を形成する潤滑剤塗布方法であっても良い。

【００１９】玉３７の材質は、通常の軸受鋼或いはステ
ンレス鋼が用いられる。スイングアーム用軸受のよう
に、約３０度の範囲をランダムシークしながら微小揺動
（トラッキング）する場合には、玉材質に、軸受鋼或い
はステンレス鋼を用いても、潤滑剤の封入量が空間容積
の０．３乃至３％の範囲であれば、ランダムシークの耐
久性能（数億回以上でフレッチング摩耗を生じない）に
実用上問題を生じないことが確認されている。なお、一
定エリアシークの耐久性能が重視されるような用途に
は、玉材質に硬度の高いセラミックスボールを用いるの
がフレッチング摩耗を少なくする上でより好ましい。

【００２０】玉軸受２７の内輪２９、外輪３１の支持軸
２３、及びハウジング３３ヘの固定方法としては、内輪
２９を加振しながら圧入し、外輪３１側で共振周波数を
測定して予圧制御する、所謂共振圧入方法が用いられ
る。この圧入方法は、接着剤のアウトガスによる磁気デ
ィスク面の汚染対策及び共振（剛性）を一定にすること
ができる利点から、より好ましい固定方法となる。な
お、玉軸受２７の内輪２９及び外輪３１は、接着によっ
て支持軸２３及びハウジング３３に固定しても良い。

【００２１】また、潤滑剤のアウトガス及びにじみ出し
を少なくするため、玉軸受２７の両側はシール部材４３
によってシールされることが好ましい。シール部材４３
は、外輪３１又は内輪２９の一方に固設され、外輪３１
及び内輪２９の両端面で開口する空間４１の環状間隙４
５を封止する。なお、アウトガスに対する影響がないこ
とから、シール部材４３は、図１に示す内側シール４３
ａをなくした片シールであっても良い。

【００２２】このように構成された玉軸受２７では、外
輪３１の内周面と内輪２９の外周面との間に形成される
空間４１に潤滑剤が封入され、その封入量が空間容積の
０．３乃至３％とされることにより、潤滑剤の封入量が
０．３％以下の場合に生じ易い早期のフレッチング磨耗
や、軌道面、転動体の損傷がなくなると共に、潤滑剤の
封入量が３％以上の場合に生じ易い潤滑剤の蒸発や飛
散、トルクの増加や変動がなくなる。

【００２３】また、外輪３１及び内輪２９の両端面で開
口する空間４１の環状間隙４５が、シール部材４３によ
って封止され、外部からの軸受内への異物の侵入が防止
されると共に、空間４１内に封入された潤滑剤の外部へ
の蒸発や飛散が防止される。これにより、玉軸受２７の
長寿命化が図られ、潤滑剤の蒸発や飛散に伴うコンタミ
ネーションも低減されることになる。

【００２４】従って、上述の玉軸受２７によれば、早期
のフレッチング磨耗を防止できると共に、潤滑剤の蒸発
や飛散、トルクの増加や変動をなくすことができ、コン
タミネーションを防止しつつ、スイングアームの高速且
つ高精度な動作を実現させる効果を奏する。

【００２５】なお、上述の実施形態では、転がり軸受が
玉軸受２７である場合を例に説明したが、本発明に係る
転がり軸受は、ころ軸受に用いても、上述同様の効果を
奏するものである。

【００２６】

【実施例】次に、本発明の転がり軸受に対して揺動耐久
試験を行った結果を説明する。図３に本試験に用いたボ
イスコイルモータを使用した揺動耐久試験装置５０を示
した。この揺動耐久試験装置５０は、ボイスコイルモー
タ５１が取り付けられたハウジング５２の内周面に試験
軸受５３の外輪が固定されると共に、支持軸５５に試験
用の転がり軸受５３の内輪が固定されており、ハウジン
グ５２には、回転角度を検出するロータリーエンコーダ
５６が取り付けられている。ボイスコイルモータ５１
は、磁気ディスク装置に使用されるものと同じ型のもの
であり、コンピュータ５７からの動作信号に基づきドラ
イブユニット５８により駆動され、ハウジング５２を介
して試験用の転がり軸受５３の外輪を揺動駆動する。そ
して、繰り返し行われる揺動駆動におけるトルク（駆動
電流）の経時変化を測定し、その結果をモニタ５９上に
表示する。

【００２７】一般に、転がり軸受にフレッチング摩耗が
発生すると、トルク変動が発生し始め、摩耗がさらに進
行するとトルク変動は大きくなる。この転がり軸受が磁
気ディスク装置に適用されている場合は、この摩耗によ
りやがて位置決め制御エラーを生じるようになる。

【００２８】揺動形態としては、一定エリアシークとラ
ンダムシークの２種類がある。揺動角度の小さい一定エ
リアシークの場合、転動体の位置が特定の微小領域から
動かないことからフレッチング耐久試験としては過酷な
条件となるが、磁気ディスク装置ではランダムシークが
行われているため、ここではランダムシークによる試験
を行った。以下にランダムシーク揺動耐久試験の試験条
件を記す。 （１）試験軸受：スイングアーム用玉軸受（軸受内径
６．３５ｍｍ、軸受外径９．５２５ｍｍ、幅３．１５ｍ
ｍ） （２）揺動回数：数十万回から数億回 （３）揺動角度：２６度〜１度のランダムシーク （４）揺動周波数：３０Ｈｚ （５）雰囲気温度：常温（２５℃）

【００２９】図４に玉軸受を揺動したときの揺動角度に
対するトルク値の変化を示した。図４(a)は初期状態で
あり、図４(b)は使用限界に達したときのトルク変動が
生じた状態を示している。図４に示すように、初期状態
においては揺動方向によらずに各揺動角度において略一
定のトルク値を呈しており、揺動角度の変化に応じてト
ルク値がリニアに変化している。ところが、使用限界に
達した状態においては、揺動する方向によってトルク値
が異なる上に揺動角度によるトルク値の変化にうねりを
生じ、トルク変動が増大している。

【００３０】次に、潤滑剤の封入量の異なる転がり軸受
を揺動耐久試験した結果を説明する。図５にこの揺動耐
久試験の結果を纏めて示した。図中の横軸は潤滑剤封入
量の空間容積比率で、縦軸はトルク変動が発生するシー
ク回数（左側軸）と、アウトガスの発生量（右側軸）で
あり、潤滑剤がグリース、オイルの場合それぞれの結果
を示している。ここで、アウトガスの測定条件を以下に
示す。 （１）試験軸受：スイングアーム用玉軸受 （軸受内径６．３５ｍｍ、軸受外径９．５２５ｍｍ、幅
３．１５ｍｍ） （２）測定器： ガスクロマトグラフ質量分析計（ＧＣ
−ＭＳ） （３）測定温度： ７０℃ （４）測定時間； ３時間

【００３１】図５に示す試験結果によれば、潤滑剤封入
量の空間容積比率が０．３％以上では、トルク変動が生
じるまでのシーク回数が実用上特に問題のないレベルと
なっている。一方、０．３％より小さいと、少ないシー
ク回数でトルク変動が発生してしまい、実用上問題を生
じることになる。また、アウトガスの発生量は、潤滑剤
封入量の空間容積比率が３％以下では、１０³［ｎｇ］
以下の微量となっている。一方、３％より大きいと、ア
ウトガスの発生量が増大して実用上問題を生じることに
なる。以上のことから、潤滑剤の封入量の空間容積比率
を０．３〜３％の範囲に設定することにより、トルク変
動を生じさせずにアウトガスの発生量を抑えられること
を確認できた。即ち、上記範囲に設定することで、早期
のフレッチング磨耗を防止できると共に、潤滑剤の蒸発
や飛散、トルクの増加や変動を防止できる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る転がり軸受は、外輪の軌道面と内輪の軌道面との間に
形成される空間に潤滑剤を封入し、その封入量を、空間
容積の０．３乃至３％としたので、潤滑剤の封入量が
０．３％以下の場合に生じる早期のフレッチング磨耗を
防止できると共に、潤滑剤の封入量が３％以上の場合に
生じる潤滑剤の蒸発や飛散、トルクの増加や変動をなく
すことができる。この結果、磁気ディスク装置用スイン
グアームの軸受として用いた場合、スイングアームの高
速且つ高精度な動作を実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る転がり軸受を備えた磁気ディスク
装置用スイングアームの揺動部断面図である。

【図２】図１に示した転がり軸受の要部拡大図である。

【図３】ボイスコイルモータを使用した揺動耐久試験装
置を示す図である。

【図４】玉軸受を揺動したときの揺動角度に対するトル
ク値の変化を示す図である。

【図５】揺動耐久試験を行った結果を示す図である。

【図６】従来の転がり軸受を備えた磁気ディスク装置用
スイングアームの揺動部断面図である。

【符号の説明】

２７ 玉軸受（転がり軸受） ２９ 内輪 ３１ 外輪 ３７ 玉（転動体） ４１ 空間

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外輪の内周面と内輪の外周面にそれぞれ
   軌道面を形成し、該軌道面同士の間に複数の転動体を介
   装させて組付けた転がり軸受において、 前記外輪の軌道面と前記内輪の軌道面との間に形成され
   る空間に、該空間容積の０．３乃至３％の潤滑剤を封入
   したことを特徴とする転がり軸受。