樞軸軸承裝置以及使用該裝置的磁記錄裝置的制作方法

本發明涉及一種低扭矩、低扭矩變動下也能實現高精度擺動的樞軸軸承裝置以及使用該裝置的磁記錄裝置。

背景技術：

以往，這種樞軸軸承裝置將多個球軸承相對于與其內圈相對應的軸沿軸向(串列)配置，從而能夠實現以軸為中心的高精度低扭矩擺動。另一方面，在磁記錄裝置、特別是硬盤裝置(以下簡稱為HDD)中，樞軸軸承裝置多被用作搖磁頭臂(擺動)型磁頭存取(access)機構的軸承。隨著HDD中的單面記錄密度的不斷提高，通過線存儲密度和磁道密度的提高，單面記錄密度將達到lTbpsi(l Tera Bit Per Square Inch)。為此，對微小定位的精度要求也在提高，日益要求樞軸軸承的精度提高。

在專利文獻1中，通過將用于構成樞軸軸承的兩組軸承中的一組的內圈構成樞軸的軸，能夠削減構件數目，并能夠抑制扭矩變動。另外，其還公開了HDD的磁頭臂和樞軸軸承借助軸承定位圈來固定。并公開了通過將軸承定位圈配置于磁頭臂的孔和樞軸軸承的間隙中，利用壓縮產生反作用力，能夠將樞軸軸承彈性支承于磁頭臂的孔。另外，在專利文獻2中，公開了在利用軸承定位圈將樞軸軸承固定于磁頭臂孔中時，軸承定位圈的突起部分(Projection)發生塑性變形，由此降低作用于樞軸軸承的外圈的應力，降低隨著外圈變形而產生的影響，并且獲得拔出力的提高。而且，還公開了能夠相對于磁頭臂的孔和樞軸軸承的外徑之間的間隙的誤差提高容許范圍，能夠防止在安裝有樞軸軸承狀態下的扭矩上升。

專利文獻

專利文獻1：日本特開2002-106554號公報(第4頁第[0024]～[0026]段，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頁第[0012]～[0014]段，圖2、圖9)

技術實現要素：

發明要解決的課題

但是，在專利文獻1所公開的樞軸軸承中，需要在軸的一部分上形成供滾珠滾動的滾動槽，從軸承性能的角度考慮，由于材質選擇方面缺乏自由度，加工與通常的球軸承的工藝不同，因而造成生產率的降低和價格的上升。

另一方面，在專利文獻2所公開的利用軸承定位圈實現對樞軸軸承的組裝中，為使磁頭臂的孔與樞軸軸承的連接牢固，需要在軸承定位圈與樞軸軸承的外圈之間施加更高的表面壓力。由此，使得樞軸軸承的外圈的變形增大，滾珠的滾動槽發生變形，導致扭矩的上升和旋轉精度的降低。由此，將引發HDD等記錄再現裝置的存取速度或停止位置的精度的降低，從而成為使作為記錄再現裝置的性能降低的主要原因。

本發明就是用于解決上述現有技術的課題，其能夠以低成本實現結構簡單、精度高、可靠性高的樞軸軸承裝置，由此提供高可靠性的高密度磁記錄裝置。

解決課題的手段

本發明為了實現上述目的，提供一種樞軸軸承裝置，其具有軸和多個球軸承，上述多個球軸承相對于該軸沿軸向并列配置，且其內圈固定于上述軸，借助軸承定位圈，將上述球軸承的外圈固定于磁頭臂的固定孔，并圍繞上述軸擺動，其特征在于，上述球軸承的滾珠數與上述軸承定位圈的按壓上述外圈的齒數存在互質關系。根據該結構，當外圈由簡單環形構成時，將會因軸承定位圈的應力而變形，因此，變形為與軸承定位圈的齒數的數目相同的多邊形。對球軸承施加預壓力，內圈滾道面和外圈滾道面與滾珠接觸，內圈內徑部利用插入固定的軸而提高其剛性。為此，在外圈中，相對于圓周方向的存在滾珠和不存在滾珠的位置，半徑方向的剛性將發生很大變化。即，外圈具有與存在于圓周方向上的滾珠數目相對應的剛性反復變化的特性。因此，外圈的變形成為與外部應力的大小、即軸承定位圈的齒數相對應的多邊形，剛性隨著滾珠數目而反復變化。如果將軸承定位圈的齒數設為m、滾珠數設為n，則外圈的滾道槽的變形被認為是外圈變形本身，被認為變形為m和n的最小公倍數也即L.C.M.(m、n)的多邊形。

進而，由于m與n呈互質關系，因此，L.C.M.(m、n)＝m×n邊形，能夠使外觀上接近正圓，減少外圈的滾道槽的變形，并能夠防止樞軸軸承裝置的特性發生劣化。

另外，本發明的特征在于，上述軸承定位圈的用于按壓上述外圈的齒沿圓周方向等間隔地配置。根據該結構，如上所述，能夠使外圈發生變形時的多邊形變為正多邊形。由此，能夠降低變形的偏差，提高樞軸軸承裝置的性能。

另外，本發明的特征在于，上述球軸承的內圈、外圈、滾珠的材質為馬氏體不銹鋼。根據該結構，與SUJ2等高碳鉻鋼相比，防銹能力強，因此，能夠實現無需涂敷防銹油，減少隨著防銹油的揮發而導致的污染。

另外，本發明的特征在于，上述球軸承的滾珠數為11、13中的任一數。根據該構成，由于滾珠數已為質數，因此，除了與軸承定位圈的齒數的數目相同的情況之外，齒數與滾珠數總能保持為互質關系，從而能夠提高軸承定位圈的齒數的設計自由度。

另外，本發明的特征在于，上述球軸承的滾珠數多于上述軸承定位圈的用于按壓上述外圈的齒數。根據該構成，軸承定位圈通常通過沖壓工件制成，如將該精度與球軸承的滾珠的配置精度比較，后者的精度通常更高。由此，也能夠提高設計自由度，更容易實現易于吸收回彈造成的精度劣化或各齒的偏差的齒數、形狀等的最優化。

另外，本發明的特征在于，上述樞軸軸承裝置的擺動范圍以機械角度計，為45度以下，上述球軸承的滾珠數為8個以上。為了降低各部件相對于球軸承的旋轉方向配置的偏移，球軸承的滾珠間距可配置為機械角度以下。球軸承的滾珠間距在45度以下，即，通過使用滾珠數為8個以上的球軸承，能夠使得擺動范圍內，滾珠在圓周上的相互配置不變，從而能夠實現更穩定的精度。

另外，本發明還提供一種磁記錄裝置，其使用具有軸和相對于該軸沿軸向并列配置且內圈固定于上述軸的多個球軸承的樞軸軸承裝置，借助軸承定位圈，將上述球軸承的外圈固定于頂端部搭載有磁頭的磁頭臂的固定孔，通過圍繞著軸的擺動來尋道移動，其特征在于，上述球軸承的滾珠數與上述軸承定位圈的用于按壓上述外圈的齒數呈互質關系。根據該構成，當如上所述將軸承定位圈的齒數設為m、滾珠數設為n時，則由于m與n呈互質關系，因此，L.C.M.(m、n)＝m×n邊形，能夠使外觀上接近正圓，減少外圈的滾道槽的變形，并能夠防止樞軸軸承裝置的特性發生劣化。由此，能夠確保樞軸軸承裝置相對于磁記錄裝置中的磁頭存取的高旋轉精度，因此能夠提高磁道密度增高的高密度記錄裝置的磁道定位精度，實現有利于高密度記錄的磁記錄裝置。

發明效果

如上所述，本發明在利用軸承定位圈將外圈固定的擺動型的樞軸軸承裝置中，通過使球軸承的滾珠數與軸承定位圈的齒數呈互質關系，能夠減少外圈滾道槽的變形，由此，能夠實現在低扭矩、低扭矩變動下能夠高精度擺動的樞軸軸承裝置。而且，通過采用該樞軸軸承裝置，能夠實現能夠以高磁道密度進行高密度記錄的磁記錄裝置。

附圖說明

圖1為本發明一個實施方式的HDD的俯視示意圖。

圖2為本實施方式的HDD的HSA的俯視圖。

圖3為本實施方式的樞軸軸承裝置和磁頭臂的立體示意圖。

圖4為本實施方式的樞軸軸承裝置與軸承定位圈的剖視示意圖。

圖5(a)為軸承定位圈的主視圖，(b)為其剖視圖。

圖6為另一軸承定位圈的立體圖。

圖7為本發明一個實施方式的樞軸軸承裝置與軸承定位圈的關系的俯視示意圖。

圖8(a)～(c)為用于確認本發明的樞軸軸承的效果的各擺動扭矩的特性的示意圖。

符號說明

1HDD，2機架，3托盤，4主軸電動機，5燈，12軸承定位圈，12a突出部，12b齒，13樞軸軸承裝置，16磁頭臂，18固定孔，20球軸承，21軸，25外圈，26滾珠，27內圈。

具體實施方式

參照附圖說明本發明的一個實施方式。圖1為本發明一個實施方式的HDD的俯視示意圖，圖2為本實施方式的HDD的HSA的俯視圖，圖3為本實施方式的樞軸軸承裝置與磁頭臂的立體示意圖，圖4為本實施方式的樞軸軸承裝置與軸承定位圈的剖視示意圖，圖5(a)為軸承定位圈的主視圖，圖5(b)為其剖視圖，圖6為另一軸承定位圈的立體圖，圖7為用于說明本實施方式的軸承與軸承定位圈的關系的示意圖，圖8為本發明的樞軸軸承的擺動扭矩的特性示意圖。

本實施方式的HDD的概要在于，2.5型(英寸)的垂直磁記錄方式下面表面記錄密度約為750Gbpsi(Giga bit per square inch)，搭載2個Disk，具有1TB(Tera Byte)的存儲容量。在此，首先用圖1和圖2對HDD的結構進行說明。

作為磁記錄介質的磁盤3以能夠自由旋轉的方式由設于主軸電動機4的未圖示的主軸和集線器固定并支承于鋁制的機架2。在磁盤3上，在玻璃基質(Substrate)上，通過濺射成膜，形成基底、軟磁性襯里底層(SUL)、Ru中間層，記錄層、DLC層等。并在其上部表面，涂敷以作為氟系油的全氟聚醚(PFPE)為主成分的潤滑劑。作為記錄層，使用Co-Cr-Pt的顆粒(granular)膜，晶界由SiO₂分離。

HSA(Head Stack AssembIy)10在其一端設有磁頭11，另一端設有構成用于沿磁盤3的磁道方向(磁盤3的半徑方向)移動的VCM(Voice Coil Motor)的線圈7。在HSA10的磁頭11側，利用模鍛將被稱為HGA(Head Gimbal Assembly：磁頭折片組合)的磁頭11和把持該磁頭的萬向接頭(gimbal)-彈簧組裝體相對于磁頭臂16固定。在磁頭11的更前端，在被稱為翼片15的部位，安裝有機架2的磁頭11與燈5連動，對磁盤3進行裝載/卸載(Load/Unload)。磁頭11搭載于飛米滑橇(Femto Slider)上，由高剛性的懸架支承，并采用利用熱膨脹進行軸瓦脫殼量控制的形態。

HSA10構成為以設于其中央部的樞軸軸承裝置13為旋轉中心擺動。在VCM的線圈7的下側，配置有磁體8，通過未圖示的磁軛構成磁路，利用供給到線圈7的電流，基于弗來明左手定律產生推力，能夠以樞軸軸承裝置13為旋轉中心擺動，實現尋道移動。

如圖3所示，在HSA10中，樞軸軸承裝置13借助軸承定位圈12固定于作為HSA10的基臺的由鋁合金制成的磁頭臂16(也稱為E-block)的固定孔18。在利用軸承定位圈12固定時，當磁頭11因ESD(Electro Static Dscharge：靜電放電)等而出現故障的情況下，適于將HSA10從HDA(Head Disk Assembly)卸下，以進行更換、調校等修復作業。

近年，隨著HDD高密度化的發展，磁頭11的高性能化也隨之不斷發展，然而，存在著用于實現更高MR比的膜的結構趨于復雜，抗ESD能力降低的趨勢。另外，由于零部件的單價也隨之上升，因此，期望HGA的修復作業的可操作性更好，為此，期待利用軸承定位圈12的固定與現有技術的粘接和壓入等相比能夠提高作業效率。

如圖3、圖4所示，樞軸軸承裝置13具有軸21和借助隔離件30相對于軸21沿軸向并列配置的多個(在本實施方式中為一對)球軸承20。在軸21上，設有用于將樞軸軸承裝置13固定于機架2的螺栓22。球軸承20以潤滑脂來潤滑，其具有固定在軸21上的內圈27、借助軸承定位圈12固定于磁頭臂16的固定孔18的外圈25、配置在內圈27與外圈25之間的多個滾珠26、用于保持滾珠26的保持架28、和密封構件29。

需要說明的是，在本實施方式中，內圈27、外圈25、滾珠26分別由馬氏體不銹鋼制成。由此，與使用SUJ2等高碳鉻鋼時相比，防銹能力高，因此能夠無需涂敷防銹油，減少隨防銹油的揮發導致的污染。

另外，如圖5所示，軸承定位圈12是將由SUS304CSP等彈性材料構成的鋼板卷成筒狀而成，在軸向中間部，向徑向外側突出的多個突出部12a沿圓周方向等間隔配置。因此，在多個突出部12a之間，按壓外圈25的多個齒12b沿圓周方向等間隔配置。

需要說明的是，如圖6所示，軸承定位圈12也可采用突出部12a沿軸向分割，分割的突出部12a之間的各齒12b按壓各球軸承20的外圈25的結構。

另外，在本實施方式中，作為相鄰的突出部12a之間的用于按壓外圈25的齒，用于形成與外圈25抵接的接觸面，軸承定位圈12使得各突出部12a在樞軸軸承裝置13與磁頭臂16之間發生變形，從兩側的突出部12a向該接觸面施加按壓力。因此，在本實施方式中，齒數(接觸面數量)與突出部12a的數目實質上相等。

因此，在本實施方式中，將球軸承20的滾珠數與軸承定位圈12的按壓外圈25的齒數設定為互質關系。當外圈25為簡單環時，外圈25會在軸承定位圈12的應力作用下發生變形，因此，變形為與軸承定位圈12的齒數相同數目的多邊形。球軸承20被施加預壓力，內圈滾道面和外圈滾道面與滾珠26相接觸，且內圈內徑部通過被插入固定的軸21而提高了其剛性。因此，認為是外圈25相對于圓周方向，隨著存在滾珠26的位置和不存在滾珠26的位置的不同，半徑方向的剛性將發生很大變化。即，相對于圓周方向，外圈25具有與滾珠26的個數相對應的剛性反復變化的特性。因此，外圈25的變形成為與外部應力的數量、即軸承定位圈12的齒數相對應的多邊形，剛性隨著滾珠26的數目而反復變化。如果將軸承定位圈12的齒數設為m、滾珠26的數目設為n，外圈25的滾道槽的變形在考慮外圈25的自身變形的情況下，變形為m與n的最小公倍數也就是L.C.M.(m、n)的多邊形。

而且，由于m與n存在互質關系，因此，L.C.M.(m、n)＝m×n邊形，外觀上能夠接近于正圓，并能夠減少外圈25的滾道槽變形，從而能夠實現樞軸軸承裝置13的低扭矩化。

例如，如圖7所示，當在軸承定位圈12的齒的位置設有滾珠26時，則呈軸承定位圈12的齒、外圈25、滾珠26、內圈27、軸21幾乎配置于相同半徑上的關系，因此，外觀上，外圈的剛性變得最大，能夠降低圓度的劣化。另一方面，當軸承定位圈12的齒位置位于滾珠26與滾珠26的中間的情況下，外圈的剛性反而變為最小。如圖7所示，在呈互質關系的m＝8、n＝9的情況下，外圈25的變形呈以L.C.M.＝72給定的多邊形，能夠提高外觀上的圓度。

特別是由于軸承定位圈12的齒12b在圓周方向上等間隔配置，因此，能夠使外圈25變形后的多邊形成為正多邊形，以減低變形誤差。

此外，只要滿足上述關系，球軸承20的滾珠數可設定為任意值，但作為實際應用于HDD的球軸承20的滾珠數，例如采用8個以上、13個以下的設計。另外，軸承定位圈12的齒數也可任意設定，但作為實際應用于HDD的軸承定位圈12的齒數，適用7個以上、15個以下。

因此，為了滿足上述關系，例如將滾珠數n設為8個的情況下，軸承定位圈12的齒數m適用7、9、11、13、15等。另外，在將滾珠數n設為11個和13個中任一數目的情況下，滾珠數已是質數，因此，除了軸承定位圈12的齒數為同數的情況以外，齒數與滾珠數之間的關系通常能夠形成互質關系，并能夠提高軸承定位圈12的齒數的設計自由度。即，在滾珠數n為11的情況下，齒數m適用7、8、9、10、12、13、14、15等。另外，在滾珠數n為13的情況下，齒數m適用7、8、9、10、11、12、14、15等。

另外，由于通常軸承定位圈12由沖壓工件制成，因此，與球軸承20中的滾珠26的配置精度相比，后者的精度通常較好。因此，為了能夠易于吸收回彈造成的精度劣化和各齒的偏差，能夠對最優齒數、形狀等進行設計，更優選為滾珠數n大于軸承定位圈12的齒數m。

另外，在本實施方式中，樞軸軸承裝置13的擺動范圍以機械角度計，為45度以下，為了減少各部件相對于球軸承20的旋轉方向的配置的偏移，將球軸承20的球距(ball pitch)配置為機械角度以下。即，通過使用滾珠數為八個以上的球軸承，在擺動范圍內不改變滾珠26的圓周上的相互配置，因而可實現更穩定的精度，從而能夠提高磁記錄裝置的可靠性。

另外，在本實施方式中，樞軸軸承裝置13的擺動范圍配置為以機械角度計，為45度以下，為了減少各部件的誤差，相對于球軸承20的旋轉方向的配置，球軸承20的球距(ball pitch)配置為機械角度以下。即，通過采用滾珠數8個以上的軸承，在擺動范圍中，滾珠26的圓周上的相互配置不變，因此能夠更穩定，能夠實現精度要求，提高磁記錄裝置的可靠性。

(扭矩試驗)

接著，參照圖7以及圖8，對用于確認本發明效果的試驗進行說明。在本試驗中，作為實施例，使用如圖7所示的滾珠數n為8個且軸承定位圈12的齒數m為9個時的樞軸軸承裝置，另一方面，作為現有技術例，使用滾珠數n為8個且軸承定位圈12的齒數m為8個時的樞軸軸承裝置，測定使磁頭臂在同一條件擺動時的扭矩。另外，在安裝軸承定位圈12之前，使用單個的實施例的樞軸軸承裝置13，并將使樞軸軸承裝置13以同一條件擺動時的扭矩的測定結果示于圖8(a)。

如圖8(b)所示，在實施例的情況下，與使用單個樞軸軸承裝置13的圖8(a)相比，盡管扭矩增加，但未產生大的偏差。另一方面，由圖8(c)所示可知，在現有技術例的情況下，扭矩的變動變大。經確認，其結果為，通過使球軸承20的滾珠數與軸承定位圈12的齒數互質，扭矩變動得到抑制。

此外，本發明并不限于上述實施方式，可適當地進行變形和改良等。

例如，在本實施方式中，采用軸承定位圈12直接按壓各球軸承的外圈25的結構，但只要在軸承定位圈12的按壓力能夠作用于外圈25的程度下，采用薄壁軸瓦時，本發明也能夠適用于外圈25固定于軸瓦型的樞軸軸承裝置。另外，在本實施方式中，從易裝配性角度，軸承定位圈12的突出部分12a向徑向外側突出，但也可使其向徑向內側突出，將各突出部的頂部作為軸承定位圈12的齒12b。

本發明基于2012年3月29日申請的日本專利申請(特愿2012-078227)而作出的，其內容作為參照引入于此。