JP5849825B2

JP5849825B2 - 磁気記憶装置のスイングアーム用ピボット軸受け装置およびこれを用いた磁気記録装置

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Publication number: JP5849825B2
Application number: JP2012078228A
Authority: JP
Inventors: 浩一柳川; 西澤　宏; 宏西澤; 隆志下川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP2013204812A; CN202790144U

Description

本発明は、低トルク、低トルク変動で精度良く揺動するピボット軸受け装置および、これを用いた磁気記録装置に関する。

従来、この種のピボット軸受け装置は複数の玉軸受けを、その内輪に対応させた軸に対して軸方向（タンデム）に配置させ、軸を中心として高精度で低トルクでの揺動を可能にできていた。一方、ピボット軸受け装置は、磁気記録装置、特にハードディスク装置（以下ＨＤＤと略す）においては、スイングアーム（揺動）型のヘッドアクセス機構の軸受けとして多用されている。ＨＤＤにおいては面記録密度の向上が継続的に進められており、線記録密度とトラック密度との向上により、面記録密度は１Ｔｂｐｓｉ（１ＴｅｒａＢｉｔＰｅｒＳｑｕａｒｅＩｎｃｈ）に届こうとしている。このために、微小位置決めに対する精度要求も高まり、ピボット軸受けに対する精度向上がますます求められてきている。

特許文献１には、ピボット軸受けを構成する２組の軸受けの一方の内輪をピボットの軸に構成することで、部品点数の削減が可能で、しかもトルク変動が抑えられるとされている。また、ＨＤＤのアームとピボット軸受けが、トレランスリングを介して固定されることが開示されている。トレランスリングはアームの穴とピボット軸受けの隙間に配置されることで、圧縮されて反力によりアームの穴に対して、ピボット軸受けを弾性的に支持できることが開示されている。また、特許文献２にはトレランスリングによりピボット軸受けをアームの穴に固定する際に、トレランスリングの突起部分（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ）が塑性変形することにより、ピボット軸受けの外輪への応力を低減し、外輪の変形に伴う影響を低減するとともに、抜去力の向上が得られることが開示してある。更には、アームの穴とピボット軸受けの外径との隙間のバラツキに対して、許容範囲が拡大でき、ピボット軸受けが実装された状態でトルクの上昇を防止できることも開示されている。

特開２００２−１０６５５４号公報（第４頁、［００２４］−［００２６］、図５、図７）ＵＳ公開２００８／０１９９２５４号公報（第１頁、［００１２］−［００１４］、図２、図９）

しかしながら、特許文献１で開示されているピボット軸受けにおいては、軸の一部にボールが走行する転動溝を構成する必要があり、軸受け特性の観点から材質の選択に自由度がなく加工が通常の玉軸受けの工程と異なるために、生産性が低下や価格の上昇を生じさせると考えられる。

一方、特許文献２に開示されているトレランスリングによるピボット軸受けの組み立てにおいては、アームの穴とピボット軸受けの締結を強固にするには、トレランスリングとピボット軸受けの外輪との間でより高い面圧を与えることが必要である。これによりピボット軸受けの外輪の変形が大きくなり、ボールの転動溝の変形が生じて、回転精度の低下が発生する。これによって、ＨＤＤなどの記録再生装置のアクセス速度や停止位置精度の低下を引き起こし、記録再生装置としてのパフォーマンスを低下させる要因となっていた。

本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、簡単な構成で精度が良く、信頼性の高いピボット軸受け装置を安価に実現でき、これによって信頼性の高い高密度磁気記録装置を提供するものである。

本発明は、上記目的を達成するために、軸と、内輪及び外輪が該軸に対して軸方向に並んで配置され、前記内輪が前記軸に固定される複数の玉軸受けと、前記外輪の外周面を押圧するトレランスリングと、を備え、スイングアームの固定穴に前記トレランスリングを介して、前記玉軸受けの外輪が固定され、前記軸周りに揺動する磁気記憶装置のスイングアーム用ピボット軸受け装置であって、前記玉軸受けの玉数と、前記トレランスリングの前記外輪を押圧する山数が同じ数であることを特徴とする。この構成により、外輪が単純なリングであれば、トレランスリングの応力により変形するので、トレランスリングの山数と同じ数の多角形に変形しようとする。玉軸受けは予圧が与えられ、内輪軌道面と外輪軌道面とがボールと接触して、内輪内径部は、挿入固定されている軸により、その剛性が高くなっている。つまり、外輪は円周方向に対して、玉の存在する位置と存在しない位置とで、その半径方向に対する剛性が大きく異なると考えることができる。本発明のように、トレランスリングの山数と玉数を同じ数とすれば、外輪の変形がトレランスリングの山の位置や玉の位置によらずに、トレランスリングまたは玉のピッチ間で同じ形状での変形の繰り返しの周期関数として与えることができる。従って、外輪が変形しても幾何中心は移動することがない。よって、外輪が実質的に変形していない状態の位置関係を保持させることができる。これによって、外輪の変形が実質的に発生しないので、ピボット軸受け装置の特性を向上できる。

また、前記トレランスリングの前記外輪を押圧する山は円周方向に等間隔に配置されていることを特徴とする。この構成により前述したように、外輪が変形した場合の多角形を正多角形とすることができる。これによって、変形のバラツキが低減できピボット軸受け装置の特性を向上できる。

また、前記玉軸受けの内輪、外輪、玉はマルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とする。この構成によりＳＵＪ２などの高炭素クロム鋼と比べて防錆能力が高いので、防錆油の塗布を不要とすることができ、防錆油の蒸発に伴うコンタミの低減が可能となる。

また、前記ピボット軸受け装置の揺動範囲は、機械角度で４５度以下であり、前記玉軸受けの玉数を８個以上としたことを特徴とする。玉軸受けの回転方向の配置に対して、部品毎のバラツキを低減するためには、玉軸受けのボールピッチが機械角度以下となるように配置することで可能となる。玉軸受けのボールピッチが４５度以下、つまり、玉数が８個以上の玉軸受けを用いることによって揺動範囲で玉の円周上の相互配置が変わることがないので、より安定した精度が実現できる。

また、軸と、内輪及び外輪が該軸に対して軸方向に並んで配置され、前記内輪が前記軸に固定される複数の玉軸受けと、前記外輪の外周面を押圧するトレランスリングと、を備えたピボット軸受け装置を用い、先端部に磁気ヘッドが搭載されるスイングアームの固定穴に前記トレランスリングを介して、前記玉軸受けの外輪が固定され、軸周りに揺動することでトラック移動する磁気記録装置であって、前記玉軸受けの玉数と、前記トレランスリングの前記外輪を押圧する山数が同じ数であることを特徴とする。この構成により、磁気記録装置における磁気ヘッドのアクセスに対してピボット軸受け装置の回転精度を高く保てるので、トラック密度が高くなる高密度記録装置のトラック位置決め精度を向上でき、高密度記録が有利な磁気記録装置が実現できる。

以上のように、本発明はトレランスリングにより、外輪が固定される揺動型のピボット軸受け装置において玉軸受けの玉数と、トレランスリングの山数とが同じ数であることにより外輪が変形しても幾何中心は移動することがなく、外輪が実質的に変形していない状態の位置関係を保持させることができ、精度良く揺動できるピボット軸受け装置が実現できる。更にはこのピボット軸受け装置を用いることで、トラック密度の高い高密度記録が可能な磁気記録装置が実現できる。

本発明の一実施形態に係るＨＤＤの概略の平面図本実施形態のＨＤＤのＨＳＡの平面図本実施形態のピボット軸受け装置とアームを示す斜視図本実施形態のピボット軸受け装置とトレランスリングを示す断面図（ａ）はトレランスリングの正面図、（ｂ）はその断面図他のトレランスリングの斜視図ピボット軸受け装置の玉とトレランスリングの山との関係を位相毎に示す平面図

本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係るＨＤＤの概略の平面図、図２は本実施形態のＨＤＤのＨＳＡの平面図、図３は本実施形態のピボット軸受け装置とアームを示す斜視図、図４は本実施形態のピボット軸受け装置とトレランスリングを示す断面図、図５（ａ）はトレランスリングの正面図、図５（ｂ）はその断面図、図６は他のトレランスリングの斜視図、図７はピボット軸受け装置の玉とトレランスリングの山との関係を位相毎に示す平面図である。

本実施形態におけるＨＤＤの概要は２．５型（インチ）の垂直磁気記録方式で面記録密度は、およそ７５０Ｇｂｐｓｉ（Ｇｉｇａｂｉｔｐｅｒｓｑｕａｒｅｉｎｃｈ）であり、２Ｄｉｓｋを搭載して1ＴＢ（ＴｅｒａＢｙｔｅ）の記憶容量を有している。そこで、まず図１および図２によりＨＤＤの構成について説明する。
アルミ製のシャーシ２には、磁気記録媒体としての磁気ディスク３がスピンドルモータ４に設けられた図示しないスピンドルとハブにより固定され、回転可能に支持されている。磁気ディスク３には、ガラスの基材（Ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）の上に下地、軟磁性裏打ち層（ＳＵＬ）、Ｒｕによる中間層、記録層、ＤＬＣ層などがスパッタにより製膜されている。更にその上部表面にはフッ素系オイルとして、パーフルオロポリエーテル（ＰＦＰＥ）を主成分とする潤滑剤が塗布されている。記録層としては、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔのグラニュラ膜を用いて、粒界をＳｉＯ２により分離してある。

ＨＳＡ（ＨｅａｄＳｔａｃｋＡｓｓｅｍｂｌｙ）１０は、磁気ヘッド１１が一端に設けられ、他端に磁気ディスク３のトラック方向（磁気ディスク３の半径方向）に移動するためのＶＣＭ（ＶｏｉｃｅＣｏｉｌＭｏｔｏｒ）を構成するコイル７が設けられている。ＨＳＡ１０の磁気ヘッド１１側には、ＨＧＡ（ＨｅａｄＧｉｍｂａｌＡｓｓｅｍｂｌｙ）と呼ばれる磁気ヘッド１１とこれを保持するジンバルバネ組立て体がアーム１６に対してスウェージにより固定されている。磁気ヘッド１１の更に先端には、タブ１５と呼ばれる部分があって、シャーシ２の取り付けられた、ランプ５と協働して磁気ヘッド１１を磁気ディスク３に対してＬｏａｄ／Ｕｎｌｏａｄさせる。磁気ヘッド１１はフェムトスライダーに搭載され、高剛性のサスペンションにより支持されるとともに、熱膨張を用いた浮上量コントロールが行われる形態のものを用いている。

ＨＳＡ１０は、その中央部に設けられたピボット軸受け装置１３を回動中心として揺動するように構成されている。ＶＣＭのコイル７の下側にはマグネット８が配置されており、図示しないヨークにより磁気回路が構成され、コイル７に供給される電流により、フレミングの左手の法則によって推力を発生しピボット軸受け装置１３を回動中心として揺動し、トラック移動をすることができる。

図３に示すように、ＨＳＡ１０においてピボット軸受け装置１３は、ＨＳＡ１０の基台となるアルミ合金で作られたアーム１６（Ｅ−ブロックとも呼ばれる）の固定穴１８に、トレランスリング１２を介して固定されている。トレランスリング１２による固定では、磁気ヘッド１１がＥＳＤ（ＥｌｅｃｔｒｏＳｔａｔｉｃＤｉｓｃｈａｒｇｅ）などにより障害があった場合に、ＨＳＡ１０をＨＤＡ（ＨｅａｄＤｉｓｋＡｓｓｅｍｂｌｙ）より取り外して交換や修正などのリワークを行うために好適である。

近年、ＨＤＤの高密度化が進み、これに伴って磁気ヘッド１１の高性能化が進んでいるが、より高いＭＲ比を実現するための膜構成が複雑になり、ＥＳＤ耐量が低下する傾向にある。また、部品の単価も上昇してきているので、ＨＧＡのリワークは作業性が良い方が好適で、このためにも従来のような接着や圧入などと比較してトレランスリング１２による固定は作業性の向上が期待される。

図３及び図４に示すように、ピボット軸受け装置１３は、軸２１と、スペーサ３０を介して軸２１に対して軸方向に並んで配置される複数（実施形態では、一対）の玉軸受け２０と、を備える。軸２１には、ピボット軸受け装置１３をシャーシ２に固定するためのネジ２２が設けられている。玉軸受け２０は、軸２１に固定される内輪２７と、トレランスリング１２を介してアーム１６の固定穴１８に固定される外輪２５と、内輪２７と外輪２５との間に配置される複数の玉２６と、玉２６を保持する保持器２８と、シール部材２９と、を備え、グリースにより潤滑されている。
なお、本実施形態では、内輪２７、外輪２５、玉２６はそれぞれ、マルテンサイト系ステンレス鋼からなる。これにより、ＳＵＪ２などの高炭素クロム鋼を使用した場合と比べて、防錆能力が高いので、防錆油の塗布を不要とすることができ、防錆油の蒸発に伴うコンタミの低減が可能となる。

また、図５に示すように、トレランスリング１２は、ＳＵＳ３０４ＣＳＰ等のバネ材からなる鋼板を筒状に巻いたものであり、軸方向中間部には、径方向外側に突出する複数の突出部１２ａが円周方向に等間隔に配置されている。従って、複数の突出部１２ａ間には、外輪２５を押圧する複数の山１２ｂが円周方向に等間隔に配置されることになる。
なお、トレランスリング１２は、図６に示すように、突出部１２ａが軸方向に分割されていて、分割された突出部１２ａ間の各山１２ｂが各玉軸受け２０の外輪２５を押圧するように構成されてもよい。
また、本実施形態では、隣接する突出部１２ａ間の外輪２５を押圧する山とは、外輪２５に当接する接触面を意図し、トレランスリング１２がピボット軸受け装置１３とアーム１６との間で各突出部１２ａを変形することで、両側の突出部１２ａから該接触面に押圧力が付与される。従って、本実施形態では、山数（接触面の数）と突出部１２ａの数は実質的に等しい数となっている。

ここで、本実施形態では、玉軸受け２０の玉数と、トレランスリング１２の外輪２５を押圧する山数が同じ数となるように設定している。外輪２５が単純なリングであれば、トレランスリング１２の応力により変形するので、トレランスリング１２の山数と同じ数の多角形に変形しようとする。玉軸受け２０は予圧が与えられており、内輪軌道面と外輪軌道面とが玉２６と接触しており、また、内輪内径部は、挿入固定されている軸２１により、その剛性が高くなっている。外輪２５の真円度の悪化には、トレランスリングの山数と玉数、及びこれらの位置関係が大きく関連する。ここで、図７に示すように、トレランスリング１２の山１２ｂの位置に玉２６があれば（位相差、０°）、トレランスリング１２の山１２ｂ、外輪２５、玉２６、内輪２７、軸２１がほぼ同じ半径上に配置される関係となるので、見かけ上外輪の剛性が最も大きくなる。一方、トレランスリング１２の山１２ｂの位置が玉２６と玉２６の中間となる場合（位相差１８０°）には、逆に外輪２５の剛性が最も小さくなる。今、トレランスリング１２の山数と玉数を同じ数とすれば、外輪２５の変形がトレランスリング１２の山１２ｂの位置や玉２６の位置によらずに、トレランスリング１２または玉２６のピッチ間で同じ形状での変形の繰り返しの周期関数として与えることができる。従って、外輪２５が変形しても幾何中心は移動することがない。よって、外輪２５が実質的に変形していない状態の位置関係を保持させることができる。これによって、外輪２５の変形が実質的に影響しない精度の良いピボット軸受け装置が実現できる。

特に、トレランスリング１２の山１２ｂは円周方向に等間隔に配置されているので、外輪２５が変形した場合の多角形を正多角形とすることができ、変形のバラツキが低減され幾何中心の移動をより確実に抑制することができる。

また、近年、記録密度向上のため、磁気ディスクへの書き込みの際、トラックの片側を前のトラックに重ねながら記録するかわら書き磁気記録（ＳＭＲ：ＳｈｉｎｇｌｅｄＷｒｉｔｅＭａｇｎｅｔｉｃＲｅｃｏｒｄｉｎｇ）の技術が利用されている。この技術では、トラックピッチが非常に細くなっており、磁気ヘッド１１の正確な位置決めが要求されることから、ピボット軸受け装置１３の幾何中心が移動しないことは大きなメリットがある。

なお、玉軸受け２０の玉数は、上記関係を満たすものであれば任意に設定可能であるが、実際、ＨＤＤに適用される玉軸受け２０の玉数としては、例えば、８個以上１３個以下のものが使用される。従って、トレランスリング１２の山数も８個以上１３個以下のものが使用される。

また、ピボット軸受け装置１３の揺動範囲は、本実施形態では、機械角度で４５度以下としており、玉軸受け２０の回転方向の配置に対して、部品毎のバラツキを低減するためには、玉軸受け２０のボールピッチが機械角度以下となるように配置される。つまり、玉数が８個以上の玉軸受を用いることによって、揺動範囲で玉２６の円周上の相互配置が変わることがないのでより安定した、精度が実現でき磁気記録装置の信頼性を向上させることが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良などが可能である。
例えば、本実施形態では、トレランスリング１２が各玉軸受けの外輪２５を直接押圧する構成としたが、トレランスリング１２の押圧力が外輪２５に作用する程度に薄肉のスリーブを用いるのであれば、本発明は、外輪２５がスリーブに固定されるタイプのものにも適用することができる。
また、本実施形態では、トレランスリング１２の突出部１２ａは、組付け性の観点から、径方向外側に突出しているが、径方向内側に突出させて、各突出部の頂部をトレランスリング１２の山１２ｂとしてもよい。

１ＨＤＤ
２シャーシ
３ディスク
４スピンドルモータ
５ランプ
１２トレランスリング
１２ａ突出部
１２ｂ山
１３ピボット軸受け装置
１６アーム
１８固定穴
２０玉軸受け
２１軸
２５外輪
２６玉
２７内輪

Claims

軸と、内輪及び外輪が該軸に対して軸方向に並んで配置され、前記内輪が前記軸に固定される複数の玉軸受けと、前記外輪の外周面を押圧するトレランスリングと、を備え、スイングアームの固定穴に前記トレランスリングを介して、前記玉軸受けの外輪が固定され、前記軸周りに揺動する磁気記憶装置のスイングアーム用ピボット軸受け装置であって、前記玉軸受けの玉数と、前記トレランスリングの前記外輪を押圧する山数が同じ数であることを特徴とする磁気記憶装置のスイングアーム用ピボット軸受け装置。
前記トレランスリングの前記外輪を押圧する山は円周方向に等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１記載の磁気記憶装置のスイングアーム用ピボット軸受け装置。
前記玉軸受けの前記内輪、外輪、玉はマルテンサイト系ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気記憶装置のスイングアーム用ピボット軸受け装置。
前記ピボット軸受け装置の揺動範囲は、機械角度で４５度以下であり、前記玉軸受けの玉数を８個以上としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の磁気記憶装置のスイングアーム用ピボット軸受け装置。
軸と、内輪及び外輪が該軸に対して軸方向に並んで配置され、前記内輪が前記軸に固定される複数の玉軸受けと、前記外輪の外周面を押圧するトレランスリングと、を備えた磁気記憶装置のスイングアーム用ピボット軸受け装置を用い、先端部に磁気ヘッドが搭載されるスイングアームの固定穴に前記トレランスリングを介して、前記玉軸受けの外輪が固定され、軸周りに揺動することにより、前記磁気ヘッドがトラック移動する磁気記録装置であって、前記玉軸受けの玉数と、前記トレランスリングの前記外輪を押圧する山数が同じ数であることを特徴とする磁気記録装置。