資料

HDDスピンドル軸受用低発塵グリースについて
吉崎浩二

Low Particle-Emission Grease for HDD Spindle Bearings
K. YOSHIZAKI

Hard disk drives are rapidly increasing in their application for high speed, high capacity external recorders.
In 1998, amount of production of hard disk drives reached at about 140 millions, and is predicted to increase
more than 10 percents per year.
And higher capacity and down-sizing are technical trends of hard disk drives, so it is likely that ferrofludic
seals won't be used. In this case, cleanliness and particle-emission properties of bearings become very
important. This paper describes newly developed KHD grease which has low particle-emission, low torque,low vibration properties.

1．はじめに
2．要求性能3．低発塵グリース KHDグリー
ス の組成・性能

2.1

HDDスピンドル軸受に要求

3.1

グリース組成，性状

3.2

グリース性能

2.2

される性能
HDDスピンドル軸受用グリ

4．おわりにースに要求される性能

1．はじめに43

ハードディスクドライブ（以下HDDと称す）
は，高速・大容量の外部記憶装置として，大型コンピ
ュータからパソコン，ファクシミリ，複写機にい

φ5

φ5率では9.3％とここ数年では最も低い成長率であっφ13

その出荷台数は1998年度で約１億4 000万台，成長φ13

たるまでその用途を急速に拡大している．また，たが，今後も年率10数％程度の成長が見込まれて
１）

いる ．
また，磁性流体シール廃止によるHDDの小型化の動きがあり，これを達成するには軸受からの発塵を抑制する必要がある．このような背景のもとで今回開発した低発塵グリースの性状・性能について以下に述べる．

2．要求性能2.1（a）
標準タイプ

（b）
幅狭タイプ

図1 HDDスピンドルモータ用玉軸受の構造（3.5インチ用）
Cross section of ball bearings for HDD spindle motor
HDDの技術動向としては以下のようなものがHDDスピンドル軸受に要求される性能挙げられる２）．

HDDスピンドル用軸受には一般に標準寸法の①大容量化小径玉軸受が使用されている．その例を図1に示⑤静粛性向上

②小型化

③高速化

④省電力化

す．HDDの小型化，薄型化が進むにつれて，軸受も幅狭タイプの採用が増えている．

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これら動向に対応するために必要なHDDスピンドル軸受の性能を表1に示す．

れており，当社でも1990年に開発，実用化している．しかし，半導体製造装置用軸受に要求される性能と，HDDスピンドル用軸受に要求される性表1 HDD用軸受に必要とされる性能
Required performance for HDD bearings and greases
軸受性能

グリース性能大容量化

低NRRO，低発塵

低発塵

低発塵，薄型化

低発塵

3．低発塵グリース
組成・性能
3.1

小型化
（磁性流体シール廃止の場合）

3

低消費電力

低トルク

低トルク

4

静粛性

低騒音，低振動低騒音

56

適したグリースを開発した．

HDDの動向
12

能は異なる．このため，HDDスピンドル軸受にKHDグリースのグリース組成，性状開発グリース

KHDグリースの組成，性状

長寿命

長寿命

長寿命を表2に示す．比較としてHDD軸受用グリースとその他

低価格，低価格，して実績のあるグリースＡ，Ｂの組成，性状も併（低コスト化，アウトガスなど） 低アウトガスなど

低アウトガスなどせて記す．

表2 KHDグリース組成，性状Composition and properties of KHD grease

大容量化のためには，高記録密度化が必要であり，現状でのトラック密度は２μｍ／inch程度である．これが１μｍ／inchになった場合，0.02〜

KHD

グリースＡ

グリースＢ

増ちょう剤

リチウム石けん

リチウム石けんナトリウム石けん

基油

ポリαオレフィン

エステル

鉱油

25

26109

0.03μｍのNRRO（非同期性回転振れ）がデータの読み書きエラーとなりうる３）．このため，HDDの大容量化には軸受のNRRO精度の向上が不可欠で基油動粘度ある．

（@40℃，mm ／ｓ）

また，大容量化にはヘッドとディスクの距離

2混和ちょう度

181

250

205

（Flying height：以下ＦＨと称す）
を小さくする必滴点，℃

203

192260以上

要がある．現状ではＦＨは0.1〜0.5μｍ程度であ蒸発量，wt％

るが，0.025μｍのものも使用されはじめている１）．

（99℃×22ｈ）

0.14

0.30

1.0

このような状態でディスク表面に異物が付着して離油度，wt％

いると，データの読み書きエラー，ひいてはヘッ（100℃×24ｈ）

0.1

1.20.2

ドクラッシュが生じ，回転不能に陥る．このため，酸化安定度，MPa

軸受には表面に油分などの付着がなく，回転に伴（99℃×100ｈ）

0.015

0.025

0.07

う潤滑剤の飛散が少ないなどの性能が要求され増ちょう剤にはリチウム石けんを選定した．こる．
現状では，磁性流体シールなどにより，軸受かれは音響特性の良好なグリースが得られやすいこらの飛散物によるディスク表面の汚染を防止してと，またHDDが使用される温度環境が最高80℃いる．しかし，HDDの小型化のため，磁性流体程度であることによる．また，基油は寿命を考慮シールを廃止する動きもあり，これを実現するにして耐熱性に優れるポリαオレフィンとし，そのは軸受の清浄度，発塵性能が重要な性能となる．

動粘度はトルク特性を考慮し，40℃で25mm２／ｓ

この他，省電力化のための低トルク性，低騒音，低振動性などがHDD用軸受には要求されている．とした．なお，基油動粘度と発塵量の相関については基油動粘度を低くしても発塵量に大きな影響を与えないことは確認している．

2.2

HDD軸受用グリースに要求される性能

また，ちょう度についてはNLGIちょう度番号

表1にHDD軸受用グリースに要求される性能をの小さい，軟らかいグリースは発塵量は多く，硬示した．
一般に，モータ軸受用グリースには低トルク性，低騒音性，および長寿命が要求される．さらにいグリースほど発塵量は少なく，３〜４号ちょう度で発塵量はほぼ飽和する傾向にあることを確認しており今回ちょう度は４号ちょう度とした．

HDD軸受用グリースには小型化，ヘッドクラッシュ防止のため，低発塵性能が要求される．一般に低発塵グリースとしては半導体製造装置用軸受などに使用されているふっ素系グリースが用いら

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−ＨＤＤスピンドル軸受用低発塵グリースについて−

資料

中，増ちょう剤をつぶすような音も認められず，3.2 グリース性能
3.2.1 発塵性能

音質も良好であった．

発塵量の測定は図 2 に示す装置を用い，内径10 000５mm，外径13mmの深溝玉軸受にグリースを−１にて行った．軸受より飛散する発塵を吸引し，光（＝0.1ft3）
散乱式のパーティクルカウンタにて2.83r中の粒径0.1μｍ以上の発塵を計数した．

クリーンエア

試験軸受

0.1μｍ以上のパーティクル数10mg封入し，回転速度は外輪回転で５ 400min

1 000

10010シャフト
1ハウジング

ＫＨＤ

グリースＡ

グリースＢ

図3 発塵性能
Particle measurement
パーティクル
カウンタへ
50

軸受振動値，ｍＧ40

プーリ

302010

図2 発塵量測定装置Measuring equipment for particle-emission

0ＫＨＤ

グリースＡ

グリースＢ

図4 音響性能
Vibration performance

KHDグリースの発塵性能を図3に示す．KHD
グリースの発塵量は，グリースＡの約１／５であり，良好な発塵性能を示した．しかしながら，グリースＢのレベルまでには至らなかった．これは1.0

増ちょう剤の種類や繊維の長さなどの影響であると考えられる．

3.2.2

音響性能

音響性能は，音響性能と相関のあるとされる振動値で評価した．内径５mm，外径13mmの深溝玉軸受にグリースを10mg封入し，回転速度は外輪回転で1 800min −１，予圧5.4Ｎで回転させたときの内輪の振動値を測定した．

回転トルク，ｍＮ・ｍ0.8

0.6

0.40.2

KHDグリースの音響性能を図4に示す．グリー
スＡと比較して，KHDグリースは同等以上の音響性能を示した．またグリースＢと比較すると，その振動値は１／２程度であった．また測定時間

640ＫＨＤ

グリースＡ

グリースＢ

図5 トルク性能
Torque performance

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資

3.2.3

料−ＨＤＤスピンドル軸受用低発塵グリースについて−

トルク性能

回転トルクの測定は，内径５mm，外径13mmの深溝玉軸受にグリースを10mg封入し，予圧11.8Ｎ，回転速度は外輪回転で5 400min−１にて行った．
KHDグリースのトルク性能を図 5 に示す．
KHDグリースはグリースＡより約15％，グリースＢより約30％回転トルクは小さく，トルク性能では最も優れていた．

4．おわりにHDDスピンドル軸受用として開発したKHDグ
リースは，従来グリースと比較して，低発塵，低トルクかつ音響特性はすぐれている．またKHD
グリースは，HDD用以外にも同様の常温・常圧で低発塵特性が必要な箇所にも適用可能である．

参考文献
１）月刊トライボロジ：vol. 139（1998）
16．
２）滝井裕一：Koyo Engineering Journal, no. 152（1997）
68．
３）月刊トライボロジ：vol. 143（1999）
40．

筆 者

吉崎浩二*
K. YOSHIZAKI*

総合技術研究所

基礎技術研究所

軸受技術開発部

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