JP2000346079A - 転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受

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JP2000346079A
JP2000346079A JP11156854A JP15685499A JP2000346079A JP 2000346079 A JP2000346079 A JP 2000346079A JP 11156854 A JP11156854 A JP 11156854A JP 15685499 A JP15685499 A JP 15685499A JP 2000346079 A JP2000346079 A JP 2000346079A
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cage
bearing
pocket
center
point
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Yukio Oura
大浦　　行雄
Akio Fujii
章雄 藤井
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NSK Ltd
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    • F16C2370/12—Hard disk drives or the like

Abstract

(57)【要約】 【課題】案内すきまを十分に確保しながら、回転中の軸
受内で保持器が径方向に移動したときに、軸受内で転動
体の配置間隔が等間隔配置となるようにできる保持器を
備えた転がり軸受を提供する。 【解決手段】保持器３のポケット６１〜７２の円周Ａ上
の中心点Ｐ１〜Ｐ１２を、対応するポケット等配置点
（全ポケットの配置間隔を等しくした場合の円周Ａ上の
各ポケットの中心点）に対して、円周Ａ上の基準点Ｐ０
から離れる側にずらして配置する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受の保持
器に関し、特に、ハードディスク装置（ＨＤＤ）のスピ
ンドル用或いは工作機械主軸用等の軸受として好適な、
非回転同期振れの少ない転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】軸受を用いた回転装置には、多かれ少な
かれ回転に伴う振動が発生する。回転装置の振動に対す
る要求は年々厳しくなっている。例えば、ＨＤＤ駆動用
のスピンドルモータでは、非回転同期振れ（回転に同期
しない振れ）が０．１μｍ未満となる高精度なものが要
求されている。精密旋盤では、大きさがＨＤＤ駆動用モ
ータより大きいにもかかわらず、主軸の回転精度に対し
てＨＤＤ駆動用モータと同等の要求がある。
【０００３】工作機械の主軸の場合も、ＨＤＤ駆動用モ
ータと同様に非回転同期振れが問題となる。すなわち、
回転同期振れ（回転に同期した振れ）であれば加工面は
連続したきれいな面となるが、非回転同期振れの場合に
は加工面がうねり状に荒れた面となって、加工表面の品
質が低下する。非回転同期振れの中で支配的なものは、
振動数ｆｃ（保持器の回転周期）の振動である。この振
動（以下、「ｆｃ振れ」と称する。）は、保持器に保持
されている複数の転動体の直径に差があること、回転中
の軸受内で転動体の配置間隔が等間隔配置からずれるこ
と等により生じる。
【０００４】回転中の軸受内で転動体が等間隔配置にな
っていないと、次のようなメカニズムによってｆｃ振れ
が生じる。すなわち、予圧により転動体と内外輪が弾性
接触していることから、各転動体には内輪を半径方向に
押す分力が生じる。そして、回転中の軸受内で転動体が
等間隔配置になっていないと、これらの力のベクトル和
ΣＦが０とならない。その結果、回転時に軸心の位置が
変化するため、ｆｃ振れが生じる。
【０００５】最近の加工技術の向上により、例えば転動
体を数十ｎｍの精度で加工することができるようになっ
た。その結果、転動体をなす玉の真球度が高くなり、複
数の転動体の直径の相互差は非常に小さくできる。ま
た、内輪案内型の保持器の場合は、保持器の重量が円周
方向で均一になっていないと、この重量の不均一性に起
因して軸に回転荷重が作用する。このこともｆｃ振れの
原因となるが、この影響は、保持器を合成樹脂等の軽量
材料で形成することにより十分小さくすることができ
る。
【０００６】したがって、最近では、回転中の軸受内で
転動体が等間隔配置からずれることが、ｆｃ振れの大き
な原因となっている。但し、ポケットの配置間隔が厳密
に等しくなるように保持器を形成しても、軸受内で保持
器が径方向に移動すると、回転時には軸受内で転動体の
配置間隔が等間隔配置からずれる恐れがある。そのた
め、従来は、ポケットの配置間隔を厳密に等しくするだ
けではなく、案内すきまが小さくなるように保持器を形
成することにより、保持器の径方向の移動量を小さく抑
えて、回転中の軸受内で転動体の配置間隔が等間隔配置
となるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、保持器が軸受内で径方向に移動できる量が
少なくなるため、特に高速回転時に焼付き等の不具合が
生じるという問題点がある。本発明は、このような従来
技術の問題点に着目してなされたものであり、案内すき
まを十分に確保しながら、回転中の軸受内で保持器が径
方向に移動したときに、軸受内で転動体の配置間隔が等
間隔配置に近くなるようにできる保持器を提供すること
を課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、軸と同心の円周に沿って配置されたポケ
ット内に転動体を保持する保持器を、内輪と外輪との間
に備えた転がり軸受において、前記保持器は、前記円周
上の一点を保持器の基準点とし、軸受内で保持器が基準
点と軸受中心を結ぶ半径方向に移動したときに、少なく
とも一つの転動体が軸受内で等間隔配置となる位置に配
置されるように、ポケットが形成されているものである
ことを特徴とする転がり軸受を提供する。
【０００９】本発明は、また、軸と同心の円周に沿って
配置されたポケット内に転動体を保持する保持器を、内
輪と外輪との間に備えた転がり軸受において、前記保持
器は、前記円周上の一点を保持器の基準点とし、全ポケ
ットの配置間隔を等しくした場合の前記円周上の各ポケ
ットの中心点をポケット等配置点としたときに、少なく
とも一つのポケットの前記中心点が、対応するポケット
等配置点に対して基準点から離れる側にずらして配置さ
れているものであることを特徴とする転がり軸受を提供
する。
【００１０】上記転がり軸受において、軸受内で保持器
が、保持器の回転中心が軸受の回転中心に一致している
状態から半径方向に移動可能な寸法をαとし、基準点と
各ポケット等配置点とを結ぶ前記円周上の円弧の中心角
をθとしたときに、各ポケットの前記ずれ量ＬがＬ＝α
・ｓｉｎθに設定されていることが好ましい。ここで、
前記寸法αは、例えば内輪案内型の保持器の場合、案内
すきま（内輪の保持器案内面の直径と保持器の案内面の
直径との差）がδであれば（δ／２）となる。何故な
ら、保持器の回転中心が軸受の回転中心に一致している
状態から、軸受内で保持器が半径方向の１８０°異なる
両方の向きに移動する量の最大値は、案内すきまの二分
の一だからである。
【００１１】本発明は、また、軸と同心の円周に沿って
配置されたポケット内に転動体を保持する保持器を、内
輪と外輪との間に備えた転がり軸受において、前記保持
器は、前記円周上の一点を保持器の基準点とし、ポケッ
ト位置が基準点から離れるにつれて、ポケットの円周方
向長さが大きく設定されているものであることを特徴と
する転がり軸受を提供する。
【００１２】基準点の設定方法について以下に述べる。
保持器の重量が前記円周方向で不均一であると、軸受の
回転中に、保持器は重量が大きい側に偏心して螺旋状に
回転して、重量が最大の位置と軸受中心を結ぶ半径方向
に移動する。そのため、例えば、リングを形成した後に
このリングに穴を開けてポケットを形成する保持器（も
み抜き保持器等）の場合には、ポケットを形成する前の
リングの前記円周方向での重量不均一性を測定し、重量
が最大となっている位置に前記基準点を設定する。
【００１３】リングの前記円周方向での重量がほぼ均一
である場合には、前記円周上の任意の点を基準点に設定
して、上記各請求項の構成を満たすようにポケットを形
成すればよい。このようにしてポケットが設けてある保
持器は、前記円周方向で基準点から離れる側の重量が小
さくなるため、その結果として、基準点は重量が最大の
位置となる。したがって、保持器の製法が、合成樹脂の
射出成形等のように、リングに後からポケットを開口す
る方法でない場合には、このように基準点を前記円周上
の任意の点に設定すればよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。図１は、本発明の第１実施形態に相当する転
がり軸受を示す正面図である。この図において、符号１
は内輪、符号２は外輪、符号３は保持器、符号４は玉
（転動体）、符号５は軸、符号Ｃは保持器の幾何学中
心、符号Ｏは軸受（軸）の回転中心を示す。なお、この
図において、保持器３だけは断面で示してある。この保
持器３は内輪２の外周面で案内され、保持器のスムーズ
な回転のために十分な案内すきまδ（＝ｄ３−ｄ２）が
設けてある。また、この図１は、後の説明を分かりやす
くするために、保持器３の幾何学中心Ｃが軸５の回転中
心Ｏからずれた状態を図示している。
【００１５】この保持器３は、軸５と同心のリングの周
面に、１２個の円形のポケット６１〜７２が配置されて
いるものである。全てのポケット６１〜７２は同じ大き
さに形成されている。また、各ポケット６１〜７２は、
円周Ａ（保持器３の幾何学中心Ｃが軸５の回転中心Ｏに
一致した状態で、軸５と同心となる円周）に沿って配置
され、各ポケット６１〜７２の円周Ａ上の中心点Ｐ１〜
Ｐ１２は、全ポケット６１〜７２の配置間隔を等しくし
た場合の円周Ａ上の各ポケットの中心点（ポケット等配
置点）からずらしてある。このずれ量については、図２
を用いて説明する。
【００１６】図２において、Ｃ２を中心とする円周が図
１の円周Ａに相当する。この円周Ａに沿って、各ポケッ
トの中心点Ｐが設置されている。この保持器３では、ポ
ケット６１とポケット６２との間の柱Ｈ１の円周Ａ方向
中心点を、基準点Ｐ０に設定してある。各ポケット中心
点Ｐは、対応するポケット等配置点Ｔに対して基準点Ｐ
０から離れる側にずらして配置されている。このずれ量
Ｌは、軸受内で保持器３が、保持器の幾何学中心Ｃが軸
受の回転中心Ｏに一致している状態（この状態での保持
器の回転中心を図２にＣ１で示す。）から半径方向に移
動可能な寸法（ここでは、案内すきまδの二分の一）
と、基準点Ｐ０と各ポケット等配置点Ｔとを結ぶ円周Ａ
上の円弧の中心角θとを用いて、Ｌ＝（δ／２）・ｓｉ
ｎθで表される値に設定されている。
【００１７】例えば、前記中心角がθ１であるポケット
中心点Ｐは、対応するポケット等配置点Ｔに対して基準
点Ｐ０から離れる側に、Ｌ＝（δ／２）・ｓｉｎθ１だ
けずらして配置されている。また、前記中心角がθ２で
あるポケット中心点Ｐは、対応するポケット等配置点Ｔ
に対して基準点Ｐ０から離れる側に、Ｌ＝（δ／２）・
ｓｉｎθ２だけずらして配置されている。
【００１８】各ポケット中心点Ｐを対応するポケット等
配置点Ｔに一致するように配置すると、保持器の幾何学
中心Ｃ１が軸受の回転中心Ｏと一致している状態（この
状態での前記円周Ａに相当する円周を図２にａで示し、
この円周ａ上に各ポケット中心点ｔを示す。）では、各
ポケット中心点ｔは、対応するポケット等配置点Ｔと一
致している。
【００１９】しかしながら、軸受内で保持器３が、保持
器３の幾何学中心Ｃが軸受の回転中心Ｏに一致している
状態から、基準点Ｐ０と保持器の幾何学中心Ｃ１とを結
ぶ半径Ｒに沿ってＢ方向に移動した場合に、各ポケット
中心点ｔもこのＢ方向に同じ量だけ移動する。この移動
量が（δ／２）である場合に、移動後の円周ａは円周Ａ
と重なり、各ポケット中心点ｔは円周Ａ上のポケット等
配置点Ｔと重なる。この状態で、各ポケット中心点Ｔ
（ｔ）は、軸受の回転中心Ｏに対して等配置点とはなら
ない。
【００２０】このことは、円周Ａ上のポケット中心点Ｔ
と軸受の回転中心Ｏとを結ぶ直線Ｓ２が、軸受の回転中
心Ｏに対して等配置点となる円周ａ上の点ｔと軸受の回
転中心Ｏとを結ぶ直線Ｓ３に一致していないことから分
かる。そして、この直線Ｓ３の延長上には、この実施形
態の保持器３のポケット中心点Ｐが存在する。すなわ
ち、このポケット中心点Ｐが、この状態では、軸受の回
転中心Ｏに対して等配置点となっている。
【００２１】以上のことから、この実施形態の保持器３
のポケット６１〜７２の中心点Ｐ１〜Ｐ１２は、保持器
３がＢ方向に移動可能な量の最大値である（δ／２）だ
け移動したときに、軸受の回転中心Ｏに対して等配置点
となる位置に配置されていることが分かる。図１は、軸
受内で保持器３がＢ方向に（δ／２）だけ移動した状態
を示す図であり、この図において、一点鎖線Ｊはこの状
態での玉４のピッチ円を示している。この図１で、全て
の玉４は軸受の回転中心Ｏに対して等配置になってい
る。
【００２２】したがって、この実施形態の保持器３によ
れば、上述のように軸受内で保持器３がＢ方向に移動し
たときに、案内すきまを十分に確保しながら、回転時に
軸受内で玉４が等間隔に配置されるようにすることがで
きる。図３は、本発明の第２実施形態に相当する転がり
軸受を示す正面図である。この実施形態の保持器は、第
１実施形態の保持器と、ポケット６１〜７２の配置が異
なるが、それ以外の点は同じである。
【００２３】この保持器３では、ポケット６４，６５，
６９，７０を除いて、各ポケット中心点Ｐを対応するポ
ケット等配置点Ｔに一致するように配置してある。ポケ
ット６４，６５，６９，７０のポケット中心点Ｐ４，Ｐ
５，Ｐ９，Ｐ１０は、対応するポケット等配置点Ｔ４，
Ｔ５，Ｔ９，Ｔ１０に対して、基準点Ｐ０から離れる側
にずらして配置してある。
【００２４】すなわち、この実施形態では、上記第１実
施形態とは異なり、一部のポケットについてだけ、その
円周Ａ上の中心点を対応するポケット等配置点からずら
してある。したがって、この保持器が軸受内で、Ｂ方向
に移動した場合に、各ポケットの中心点Ｐ１〜Ｐ１２
は、ポケット６４，６５，６９，７０の中心点Ｐ４，Ｐ
５，Ｐ９，Ｐ１０を除いて、軸受の回転中心Ｏに対して
等配置点とはならない。また、ポケット６４，６５，６
９，７０の中心点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ９，Ｐ１０について
も、Ｂ方向への移動量βとの関係で、対応するポケット
等配置点からのずれ量がＬ＝β・ｓｉｎθで表される値
と一致していなければ、軸受の回転中心Ｏに対して等配
置点とはならない。
【００２５】しかしながら、ポケット６４，６５，６
９，７０の中心点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ９，Ｐ１０について
は、保持器３の回転中心に対する等配置点Ｔ４，Ｔ５，
Ｔ９，Ｔ１０からずれているため、等配置点Ｔ４，Ｔ
５，Ｔ９，Ｔ１０に一致させて配置した場合よりも、上
述のように保持器３がＢ方向に移動した場合に、前述の
ベクトル和ΣＦの絶対値を小さくできる効果がある。
【００２６】回転中の軸受内で保持器３が半径Ｒに沿っ
てＢ方向に移動したときに、ポケット中心点が、ポケッ
ト等配置点に対して基準点から離れる側にずれた点にあ
る場合と、ポケット等配置点にある場合とでは、それぞ
れの位置にある玉４が内輪を半径方向に押す力が同じで
あっても、その力の半径Ｒに沿った方向の成分の大きさ
が異なる。
【００２７】例えば、図２のポケット不等配置点Ｐとポ
ケット等配置点Ｔとに、それぞれの位置にある玉４が内
輪を半径方向に押す力Ｆｎを同じ大きさで示してある
が、この力Ｆｎの半径Ｒに沿った方向の成分ＦＤの大き
さは、点Ｐと点Ｔとで異なる。すなわち、点Ｐおよび点
Ｔでは、この成分ＦＤがＢ方向とは１８０°反対向きの
Ｄ方向の力となっていて、点Ｐでの成分ＦＤＰの方が点
Ｔでの成分ＦＤＴよりも小さくなる。
【００２８】すなわち、全てのポケット中心点Ｐがポケ
ット等配置点Ｔに配置されている場合には、回転中の軸
受内で保持器３がＢ方向に移動した時に、ベクトル和Σ
Ｆは０にならずにＢ方向とは逆向きのＤ方向の力とな
る。この力が軸５を半径方向に押す力となって、ｆｃ振
れの原因となる。これに対して、この実施形態のよう
に、少なくとも一つのポケット中心点Ｐがポケット等配
置点Ｔからずれて配置されていれば、そのポケット中心
点Ｐでの前記力ＦｎのＤ方向の成分が小さくなるため、
ベクトル和ΣＦの絶対値が小さくなる。その結果、ｆｃ
振れを抑制することができる。
【００２９】図４は、本発明の第３実施形態に相当する
転がり軸受を示す正面図である。この実施形態の保持器
は、第１実施形態の保持器と、ポケット６１〜７２の配
置および各ポケット６１〜７２の円周方向長さが異なる
が、それ以外の点は同じである。この保持器３では、ポ
ケット６１〜７２の配置は、全てのポケット中心点がポ
ケット等配置点に配置されている。また、ポケット位置
が基準点ＰＯから離れるにつれて、ポケットの円周Ａ方
向の長さＷ１〜Ｗ１２が大きくなるように設定されてい
る。ポケット６１の長さＷ１は、玉４の直径に所定のす
きま分を設けた値に設定してある。ポケット６２〜７２
の長さＷ２〜Ｗ１２は、ポケット６１の長さＷ１に、Ｌ
＝（δ／２）・ｓｉｎθで表される各ポケット位置に応
じた値を加算した長さに設定してある。
【００３０】したがって、この実施形態の保持器３のポ
ケット６１〜７２に配置された玉４は、全てのポケット
中心点がポケット等配置点に配置されていて、全てのポ
ケット長さＷ１〜Ｗ１２が前記Ｌ分の加算のないＷ１と
同じである従来の保持器と比較して、回転時に軸受内で
保持器３が半径Ｒに沿ってＢ方向に移動したときに、軸
受の回転中心Ｏに対して等配置点となる位置に配置され
易くなる。なお、この実施例の保持器の重心は保持器の
幾何学中心よりもＢ方向にずれており、軸受回転時には
遠心力で保持器がＢ方向にずれることは言うまでもな
い。
【００３１】すなわち、この実施形態の保持器３によれ
ば、上述のように軸受内で保持器３がＢ方向に移動した
ときに、案内すきまを十分に確保しながら、回転時に軸
受内で玉４が等間隔に配置されるようにすることができ
る。なお、全てのポケット中心点がポケット等配置点に
配置されていて、全てのポケット長さＷ１〜Ｗ１２が十
分に大きな値（例えば、前記Ｌ分の加算値が最も大きい
Ｗ７）で同じである保持器の場合も、この実施形態の保
持器と同様に、回転時に軸受内で保持器３がＢ方向に移
動したときに、軸受の回転中心Ｏに対して等配置点とな
る位置に配置され易くなる。
【００３２】しかしながら、この保持器は、ポケットす
きまが非常に大きくなって振動が大きくなるため、特に
高速回転の場合にはこの振動が逆に問題となる。これに
対して、この実施形態の保持器３は各ポケット長さＷ１
〜Ｗ１２がそれぞれ必要な長さに設定されているため、
このような振動が抑制される。なお、上記各実施形態で
は、保持器の重量が円周方向で均一になっていない場合
に、この重量の不均一性に伴って生じる遠心力が軸に負
荷する荷重を無視しているが、この荷重を考慮してポケ
ット配置間隔およびポケットの円周Ａ方向での長さを設
定することにより、保持器の前記遠心力によるｆｃ振れ
を抑制することもできる。
【００３３】なお、上記各実施形態では、内輪回転の例
を示しているが、外輪回転の場合も同様の効果が得られ
る。また、上記各実施形態では、保持器が内輪案内の例
を示しているが、外輪案内の保持器であっても転動体案
内の保持器であっても同様の効果を得ることができる。
また、図５に示すようなスピンドルに本発明の転がり軸
受Ｚを使用することにより、非回転同期振れの少ない低
振動スピンドルを得ることができる。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の転がり軸
受によれば、従来は等間隔配置であった保持器のポケッ
ト配置間隔を等間隔配置からずらすこと等の簡単な工夫
により、案内すきまを十分に確保しながら、回転中の軸
受内で保持器が径方向に移動したときに、軸受内で転動
体の配置間隔が等間隔配置となるようにすることができ
る。
【００３５】その結果、本発明の転がり軸受は、高速回
転時に焼付き等の不具合が生じることなく、回転装置の
ｆｃ振れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に相当する転がり軸受を
示す正面図である。
【図２】本発明の保持器のポケット配置間隔を説明する
ための図である。
【図３】本発明の第２実施形態に相当する転がり軸受を
示す正面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に相当する転がり軸受を
示す正面図である。
【図５】本発明の転がり軸受を使用することにより、非
回転同期振れを少なくすることのできるスピンドルを示
す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 内輪 ２ 外輪 ３ 保持器 ４ 玉（転動体） ５ 軸 ６１〜７２ ポケット Ｃ 保持器の回転中心 Ｏ 軸受（軸）の回転中心 Ａ 円周 Ｐ ポケット中心点 Ｐ１〜Ｐ１２ ポケット中心点 Ｔ ポケット等配置点 Ｈ１ 保持器の柱 Ｐ０ 基準点 Ｒ 基準点と軸受中心を結ぶ半径 Ｂ 基準点と軸受中心を結ぶ半径方向 Ｊ 玉のピッチ円 Ｗ ポケットの円周方向長さ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸と同心の円周に沿って配置されたポケ
    ット内に転動体を保持する保持器を、内輪と外輪との間
    に備えた転がり軸受において、 前記保持器は、前記円周上の一点を保持器の基準点と
    し、軸受内で保持器が基準点と軸受中心を結ぶ半径方向
    に移動したときに、少なくとも一つの転動体が軸受内で
    等間隔配置となる位置に配置されるように、ポケットが
    形成されているものであることを特徴とする転がり軸
    受。
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