JP2003172359A

JP2003172359A - 玉軸受及びスピンドルモータ

Info

Publication number: JP2003172359A
Application number: JP2001373163A
Authority: JP
Inventors: Seiji Tada; 誠二多田
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2001-12-06
Filing date: 2001-12-06
Publication date: 2003-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】ＮＲＲＯを低減するために玉軸受として総玉
型を採用するとともに、ＨＤＤのスピンドルモータなど
に採用できるよう改良された玉軸受を提供する。【解決手段】内輪６と外輪５の間に複数の玉７が介装
されるとともに、玉の保持器を有しない総玉型とされた
玉軸受において、前記複数の玉７を、１カ所の間欠隙間
を除いて隣り合う玉同士がすべて接触した間欠円弧状配
置にしたときの当該間欠隙間の大きさδが、０．０１Ｂ
ｄ≦δ≦０．０５Ｂｄ（Ｂｄは玉の直径）である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は玉軸受及びハードデ
ィスクドライブ（以下、ＨＤＤという）に適したスピン
ドルモータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４に示すように、従来のＨＤＤのスピ
ンドルモータ用玉軸受５２は、外輪５２ａと内輪５２ｂ
との間に玉５２ｃを配置して構成され、玉５２ｃは保持
器５２ｄによって保持された、保持器付の玉軸受であ
る。

【０００３】ここで、ＨＤＤのように高精度が要求され
るスピンドルモータ用玉軸受の性能で大きな問題となっ
ているのは、スピンドルモータの回転精度を悪化させる
ＮＲＲＯ（Non-Repeatable Runout）である。

【０００４】一般に工作機械用主軸用の玉軸受などで
は、組み付け精度や軸心の偏心による回転速度に同期し
たＲＲＯ（Repeatable Runout）が問題となるが、ＨＤ
Ｄの場合、装置を組み上げた後にフォーマットを行うた
め、スピンドルの偏心などによって発生するＲＲＯは、
あまり問題とならない。これに対し、回転速度に非同期
な振動であるＮＲＲＯは、ＨＤＤをフォーマットした後
でも発生するため、ＨＤＤのトラック密度向上を妨げる
原因となっている。

【０００５】玉軸受の場合、ＮＲＲＯ成分の発生原因
は、玉軸受、内・外輪軌道の製作誤差による「うねり
（Waveness）」にある。ＮＲＲＯに影響を与えるうねり
成分は、フーリエ級数に展開した場合、玉の場合は２ｎ
山成分、内・外輪軌道の場合は玉数をＺとすると、ｎ
Ｚ、ｎＺ±１山の成分が影響しており、現状ではこのう
ねり成分を小さくするような高精度加工以外にＮＲＲＯ
成分を低減する手段がない。

【０００６】一方、うねり成分は、山数が大きくなるほ
ど、対数的に小さくなることから、玉数を多くすること
で改善できるが、軸受に組み込める玉数に限界があるこ
とや、玉数を増やすと保持器の強度が低下することか
ら、現状では１０個程度が限界となっている。このた
め、従来の玉軸受ではＮＲＲＯを十分低減できておら
ず、前述のように加工精度を上げるしかない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これに対し、本発明者
は、玉数を増加させることでＮＲＲＯを低減しようと考
えた。ただし、保持器を用いたままで玉数を増やすと保
持器の強度が低下するのは前述の通りであるから、保持
器を用いない、いわゆる総玉軸受（以下、総玉型とい
う）の採用に着目した。総玉型であれば保持器がないの
で、その分、玉の数を多くすることができる。したがっ
て、総玉型を用いることで、ＮＲＲＯを低減すること
が、理論上は可能である。

【０００８】しかし、現実には、従来の総玉型はＨＤＤ
のスピンドルモータ用の軸受には採用できない。なぜな
ら、従来の総玉型を高速回転するＨＤＤのスピンドルモ
ータなどに用いると、玉の進み遅れによって発生する振
動や騒音等が大きすぎるからである。すなわち、従来の
総玉軸受は、図３に示すように、隣り合う玉同士を接触
させて１カ所の間欠隙間を有する円弧状に配置したとき
に、当該間欠隙間δが玉の直径Ｂｄに対して、０．３〜
０．５程度であるため、高速回転時における振動や騒音
が非常に大きくなっていた。

【０００９】このように、総玉型は、従来の保持器付の
玉軸受に比べて、玉が多い分コスト高になるにもかかわ
らず、ＨＤＤのスピンドルモータ用軸受に採用すると、
従来の保持器付の玉軸受に比べて振動等が大きいものと
なり、保持器付の玉軸受より却って劣るという問題があ
る。

【００１０】また、特開平８−２５４２１１号公報に
は、総玉軸受を採用することが、一応は記載されている
が、総玉型の上記問題点について考慮するところがな
く、ＨＤＤのスピンドルモータ用軸受への採用には現実
的ではない。

【００１１】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
のであって、ＮＲＲＯを低減するために玉軸受として総
玉型を採用するとともに、ＨＤＤのスピンドルモータな
どに採用できるよう改良された玉軸受を提供することを
目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、次の技術的手段を採用した。すなわち、
本発明は、内輪と外輪の間に複数の玉が介装されるとと
もに、玉の保持器を有しない総玉型とされた玉軸受にお
いて、前記複数の玉を、１カ所の間欠隙間を除いて隣り
合う玉同士がすべて接触した間欠円弧状配置にしたとき
の当該間欠隙間の大きさδが、０．０１Ｂｄ≦δ≦０．
０５Ｂｄ（Ｂｄは玉の直径）であることを特徴とする。

【００１３】総玉型とすることで、玉数を増やすことが
でき、ＮＲＲＯに影響を与える内・外輪のうねりの山数
が大きくなるので、高精度加工によりうねり成分を小さ
くしなくとも、ＮＲＲＯを低減することができる。しか
も、間欠円弧状配置にしたときの当該間欠隙間の大きさ
δを０．０５Ｂｄ以下とすることで、高速回転時におけ
る玉の進み遅れによる騒音や振動などを防止できる。

【００１４】すなわち、総玉型では、図３のように１カ
所の間欠隙間を除いて隣り合う玉同士がすべて接触して
間欠円弧状配置となったときの当該間欠隙間δによって
玉の進み遅れが発生する。一方、保持器付の玉軸受５２
では、図５に示すように、１個の玉５２ｃと、それを保
持するポケット５２ｅとの間に生じるポケット隙間δ１
が存在し、このポケット隙間δ１によって玉の進み遅れ
が生じる。そして、従来のＨＤＤ用の保持器付の玉軸受
では、前記ポケット隙間δ１を０．０５Ｂｄ以下とする
ことで、玉の進み遅れを許容できる程度に小さくしてい
る。

【００１５】本発明者はかかる点に着目し、本発明で
は、総玉型の間欠隙間δを、保持器付の玉軸受における
ポケット隙間δ１と同程度以下（０．０５Ｂｄ以下）と
した。これにより総玉型における玉の進み遅れは、保持
器がある場合と同程度以下に抑えることができ、高速回
転するＨＤＤ用の玉軸受として採用が可能となる。ここ
で、δは小さい程好ましいが、隣り合う玉同士の接触面
間に油膜を形成するための最小隙間は確保する必要があ
り、さらに、玉が温度上昇により熱膨脹しても最小隙間
を確保する必要があるため、δは０．０１Ｂｄ以上とす
る必要がある。

【００１６】さらに、本発明では、１μｍ≦δ／ｚ≦７
μｍ（ｚは玉数）であるのが好ましい。玉数ｚが多くな
ると、０．０１Ｂｄ≦δ≦０．０５Ｂｄの範囲内であっ
ても、玉と玉同士の平均隙間であるδ／ｚが小さくなっ
てしまうので、δ／ｚとして１μｍ≦δ／ｚ≦７μｍが
確保されているのが好ましい。

【００１７】そして、本発明では、固定体に対して回転
体が回転自在に備えられたスピンドルモータであって、
前記玉軸受が、前記固定体と前記回転体の所定部に取り
付けられて回転体を回転自在に保持しているものとする
ことができる。前記玉軸受を用いることで玉軸受に起因
したＮＲＲＯを低く抑えたスピンドルモータを得ること
ができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明の玉軸受及びスピン
ドルモータをＨＤＤ用に用いた場合を例示している。た
だし、本発明の玉軸受は、ポリゴンミラーのモータその
他情報機器などにも適用可能である。

【００１９】このＨＤＤ用スピンドルモータ１は、ＨＤ
Ｄの外容器を構成する筐体（図示せず）に取り付けられ
る固定体としてのモータベース１と、モータベース１に
取り付けられた主軸（スピンドル）２と、本発明の２個
の玉軸受３からなる軸受を介在して回転自在に支持され
た回転体としての円筒状のモータハブ４とを備えてい
る。前記モータハブ４は、外周部に図示しない磁気ディ
スク（被回転物）を搭載可能に構成されている。

【００２０】また、モータハブ４には、図示しない環状
のロータマグネットが固定され、また、モータベース１
にはロータマグネットと対向するように図示しないステ
ータ巻線が固定され、当該ステータ巻線に通電すること
により、モータハブ４と磁気ディスクが一体回転する。

【００２１】図２（ａ）（ｂ）に示すように、玉軸受３
は、外輪５及び内輪６と、これら外輪５と内輪６との間
に配置された複数、例えば１３〜２０個の玉７を備えて
いる。この玉軸受３は、保持器を持たない総玉型であ
る。なお、図示のものでは、玉は１４個備わっている。

【００２２】このように、総玉軸受のため保持器が不必
要であるから、スピンドルモータの薄型化が可能とな
る。また、保持器付き玉軸受を２個用いていた従来のも
のに比べて、保持器を２個廃止することができ、コスト
低減が可能となる。また、総玉型としても、ＨＤＤのス
ピンドルモータでは顕著なラジアル荷重がないため、軸
受の破損から免れることができる。しかも、総玉型とす
ることで、保持器付に比べて必然的に玉数が増加し、通
常の深溝玉軸受より、軸受による支持剛性、モーメント
剛性が上がる。

【００２３】また、総玉型とすることで、玉数が増加
し、ＮＲＲＯが大幅に減少する。この総玉軸受３の周方
向すきま（１カ所の間欠隙間を除いて隣り合う玉同士が
すべて接触するように寄せて間欠円弧状配置にしたとき
の当該間欠隙間：図３参照）δは、０．０１Ｂｄ以上
０．０５Ｂｄ以下（Ｂｄは玉の直径）とされており、δ
を０．０５Ｂｄ以下とすることで、玉の進み遅れが従来
の保持器付の玉軸受と同程度以下となり、高速回転時に
おける玉の進み遅れによる騒音や振動などを防止でき、
ＨＤＤ用としても問題なく使用できる。なお、δは、各
玉の中心を通る円軌道上の値である。

【００２４】また、周方向すきまδは小さい方が良い
が、玉間は点接触のすべり摩擦を起こすため、δを０．
０１Ｂｄ以上とすることで、隣り合う玉同士の接触面に
おける油膜形成のための最小隙間が確保される。ＨＤＤ
の場合は、顕著なラジアル荷重が無いこと、一般に高速
回転で使用され、かつ玉７の相対回転速度が非常に高速
であるため、頑強であるとともに十分な厚さで安定した
油膜が形成され、玉間の傷発生はないと考えられる。

【００２５】ここで、例えば、玉の直径Ｂｄを２ｍｍと
すると、δとしては２０μｍ以上１００μｍ以下とな
る。このように、δとしては１００μｍ以下が好まし
く、さらには５０μｍ以下が好ましい。

【００２６】また、玉数ｚが多くなると、玉と玉同士の
平均隙間が小さくなってしまうので、玉と玉同士の平均
隙間であるδ／ｚの値は１μｍ以上７μｍ以下とされて
いる。例えば、δが４０μｍであり、玉数ｚが１４個で
あるとすると、δ／ｚは約２．９μｍとなる。一方、例
えば、δが４０μｍのときに玉数ｚが５０個まで多くな
ると、δ／ｚの値が０．８μｍと小さくなるが、隣り合
う玉同士の接触面間における油膜形成を確実にし、玉が
温度上昇により熱膨脹しても最小隙間を確保するため、
には、δ／ｚは１μｍ以上あった方が良い。

【００２７】また、例えば、δが１００μｍある場合
に、玉数がさほど多くなく１３個の場合には、δ／ｚが
約７．７μｍとなって各玉間の隙間がやや大きくなる。
各玉間の隙間が大きくなるのを防止するためδ／ｚは７
μｍ以下が好ましい。このように、玉数ｚは、１μｍ≦
δ／ｚ≦７μｍの条件を満足するように設定するのがよ
い。

【００２８】

【実施例】Ｂｄ＝２ｍｍの玉を１４個組み込んだ総玉軸
受であって、周方向すきまδの寸法中央値が約４０μｍ
（δ＝０．０２Ｂｄ，δ／ｚ≒２．９μｍ）の試料を１
０個作成して、主要ＮＲＲＯ成分を測定した。なお、測
定に際しては、外輪回転とし、回転速度は５４００ｍｉ
ｎ^−１とした。

【００２９】

【表１】表１に示すように、１０個の主要ＮＲＲＯ成分トータル
の平均は、５．９０ｎｍであった。しかも、大きいもの
でも１０．５ｎｍ（試料Ｎｏ．５）であり、小さいもの
では１．１ｎｍ（試料Ｎｏ．４）であった。この値は、
従来の玉軸受の主要ＮＲＲＯ成分が約４０ｎｍであった
ことに比べて、相当小さくなっている。特に、保持器の
影響が大きかったｆｃ成分が顕著に小さくなっており、
最も小さなＮＲＲＯ値を測定できた試料Ｎｏ．４では、
測定限界以下のＮＲＲＯとなることもあった。よって、
高性能の軸受を得られることが確認された。

【００３０】なお、試料軸受は、手組みで製作したた
め、ごみ付着等によって玉成分が大きくなっている。ま
た、表１においてσは、１０個の試料の偏差である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、総玉型としたので、高
精度加工によらずともＮＲＲＯを低減することができ
る。しかも、間欠円弧状配置にしたときの当該間欠隙間
の大きさδを０．０１≦δ≦０．０５Ｂｄとすること
で、高速回転時における玉の進み遅れによる騒音や振動
などを防止でき、ＨＤＤ用のスピンドルモータ等に適し
たものとなる。そして、前記玉軸受を用いたスピンドル
モータでは、玉軸受に起因したＮＲＲＯを低く抑えるこ
とができ、ＨＤＤ用等に適したものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスピンドルモータの断面図であ
る。

【図２】本発明に係る玉軸受の断面図であり、（ａ）は
縦断面図であり、（ｂ）は横断面図である。

【図３】総玉軸受の周方向すきまδを説明する概念図で
ある。

【図４】従来の玉軸受の断面図であり、（ａ）は縦断面
図であり、（ｂ）は横断面図である。

【図５】図４のＰ部分の拡大図である。

【符号の説明】

１モータベース（固定体）２主軸（固定体）３玉軸受５外輪６内輪７玉

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内輪と外輪の間に複数の玉が介装されると
ともに、玉の保持器を有しない総玉型とされた玉軸受に
おいて、前記複数の玉を、１カ所の間欠隙間を除いて隣り合う玉
同士がすべて接触した間欠円弧状配置にしたときの当該
間欠隙間の大きさδが、０．０１Ｂｄ≦δ≦０．０５Ｂ
ｄ（Ｂｄは玉の直径）であることを特徴とする玉軸受。
【請求項２】さらに、１μｍ≦δ／ｚ≦７μｍ（ｚは玉
数）であることを特徴とする請求項１記載の玉軸受。
【請求項３】固定体に対して回転体が回転自在に備えら
れたスピンドルモータであって、請求項１又は２記載の
玉軸受が、前記固定体と前記回転体の所定部に取り付け
られて回転体を回転自在に保持していることを特徴とす
るスピンドルモータ。