JP2003194064A - 転がり軸受用保持器および転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】玉を積極的に拘束すること無く、保持器の半径
方向の動き量を小さく抑えることによって、低トルク化
及び低トルク変動化を図ることが可能な転がり軸受用保
持器を提供する。 【解決手段】物体を揺動・回転自在に支持する転がり軸
受に組み込まれる転がり軸受用保持器２において、軌道
溝深さａ１,ａ２を玉径Ｄｗの１５％とした場合におい
て、ピッチ円Ｒ上の玉８中心と外輪４内径との間の距離
ｂ１及びピッチ円上の玉８中心と内輪６内径との間の距
離ｂ２が、ｄ１≦ｄ２なる関係を満足するように構成す
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、物体を揺動・回転
自在に支持する転がり軸受に関し、特に、情報機器の記
憶装置（ハードディスクドライブ）に用いられるスイン
グアーム用ピボット軸受等に組み込まれる転がり軸受用
保持器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、物体を揺動・回転自在に支持
する転がり軸受として、特に転動体に玉を用いた深溝玉
軸受が知られている。深溝玉軸受の玉は、内外輪の軌道
溝間に保持器を介して等間隔に配列されている。保持器
は、その用途や使用環境等に応じて鋼製或いは樹脂製
等、多種多様の方法で形成される。特にプラスチック
（熱可塑性樹脂）を用いて射出成型された冠形プラスチ
ック保持器では、鋼製の場合に比べて、形状設計の自由
度が大きく、低コスト化、低トルク（低摩擦、低摩耗）
化、軽量化を実現することができる。近年、例えば情報
機器の記憶装置（ハードディスクドライブ）に用いられ
るスイングアーム用ピボット軸受には、その強度や剛性
を一定に維持しつつ同時に、小型化、高回転精度化、長
音響寿命化等に加えて、特に低トルク化の要求が高まっ
ている。軸受のトルクとしては、潤滑剤（油、グリー
ス）の粘性抵抗、内外輪の軌道溝に対する玉の転がり−
滑り摩擦抵抗、保持器のポケット面に対する玉の滑り摩
擦抵抗等があり、軸受を小型化するに従ってトルクに作
用する保持器の影響が大きくなる。玉軸受が運転されて
いるとき、その運転条件（回転数、潤滑剤、予圧、温度
等）によっては、保持器音と称する異音が発生すること
がある。この対策として、保持器のポケットのピッチ円
径を、玉軸受の玉ピッチ円径から若干ずらした設計にす
ることによって、等配に配置された玉を保持器ポケット
によって拘束する手法が用いられることがある。また、
ポケット内面形状は、通常は玉径よりも若干大きい単一
球面で形成されているが、ポケット面の全面や一部を、
複合球面や、円筒、円錐等の形状にしたり、ポケットの
エッジ部に面取り加工を施したり、ポケット内面を凹凸
に加工する等して、ポケット内面と玉との潤滑状態を改
善し、対策する方法も取られている。しかし、これらの
対策を講じると、トルクが上昇する傾向にある。記憶装
置（ハードディスクドライブ）に用いられるスイングア
ーム用ピボッド軸受は、回転するディスク上に情報を記
録・再生するヘッドをスムーズかつ高速に揺動させる目
的で用いられる玉軸受で、通常の一方向あるいは両方向
に連続回転するモータ用玉軸受とは運転状況が異なる。
このような使用環境下（揺動）の軸受の場合には、保持
器音の発生はなく、低トルク化の要求が厳しいことか
ら、保持器が玉を拘束したり、ポケット内面と玉の潤滑
状態をより潤沢にする必要はない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の各種方
法では、低トルク化を実現することが困難になってしま
う場合がある。例えば保持器内径と内輪外径、或いは保
持器外径と外輪内径とが接触又は微小隙間に設計されて
いる軌道輪案内型保持器では、軌道輪（内輪、外輪）の
保持器案内面に対して保持器が直接接触したり、その接
触部に潤滑剤（油、グリース）が堆積する等によって保
持器の摩擦が大きくなり、その結果、トルクが上昇して
しまう。また、軌道輪案内型保持器では、軌道輪の保持
器案内面を介して保持器が確実に案内されるように、玉
を保持するポケットの径を大きく設計しているため、保
持器の半径方向の動き量が大きくなる。このように保持
器の半径方向の動き量が大きくなると、各玉とポケット
面との接触位置が大きく異なるようになり、トルク変動
を来たす要因となる。例えば、ある半径方向に沿って保
持器が一方向に偏った状態になると、通常の状態（保持
器が偏っていない状態）に比べて、トルクの絶対値が上
昇してしまう場合がある。特に、情報機器の記憶装置
（ハードディスクドライブ）に用いられるスイングアー
ム用ピボット軸受は、ディスクに対して情報を記録・再
生するヘッドをスムーズ且つ高速に走査させる必要があ
るため、上記のようなトルクの上昇や変動は制御上問題
となる。本発明は、このような問題を解決するために成
されており、その目的は、玉を積極的に拘束すること無
く、保持器の半径方向の動き量を小さく抑えることによ
って、低トルク化及び低トルク変動化を図ることが可能
な転がり軸受用保持器を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、物体を揺動・回転自在に支持する
転がり軸受に組み込まれる転がり軸受用保持器におい
て、玉径をＤｗ、保持器ポケット径をＤｐｗ、保持器ポ
ケットのポケットピッチ円径をＤｐｗｐ、玉ピッチ円径
をＤｗｐ、保持器内径をＤｃｉ、保持器外径をＤｃｏと
した場合、 Ｄｐｗ＝Ｄｗ×１.０２、（Ｄｗ×５）≦（Ｄｐｗｐ＝
Ｄｗｐ）≦（Ｄｗ×９）のとき、Ｄｃｉ＝Ｄｐｗｐ−
（Ｄｗ×０.３〜０.６）、より好ましくは、Ｄｃｉ＝Ｄ
ｐｗｐ−（Ｄｗ×０.４〜０.６） （Ｄｐｗｐ−Ｄｃｉ）≧（Ｄｃｏ−Ｄｐｗｐ） 或いは、 Ｄｐｗ＝Ｄｗ×１.０３、（Ｄｗ×５）≦（Ｄｐｗｐ＝
Ｄｗｐ）≦（Ｄｗ×７）のとき、Ｄｃｉ＝Ｄｐｗｐ−
（Ｄｗ×０.３〜０.６）、より好ましくは、Ｄｃｉ＝Ｄ
ｐｗｐ−（Ｄｗ×０.４〜０.６） （Ｄｐｗｐ−Ｄｃｉ）≧（Ｄｃｏ−Ｄｐｗｐ） 或いは、 Ｄｐｗ＝Ｄｗ×１.０３、（Ｄｗ×７）＜（Ｄｐｗｐ＝
Ｄｗｐ）≦（Ｄｗ×９）のとき、Ｄｃｉ＝Ｄｐｗｐ−
（Ｄｗ×０.４〜０.６） （Ｄｐｗｐ−Ｄｃｉ）≧（Ｄｃｏ−Ｄｐｗｐ） 或いは、 Ｄｐｗ＝Ｄｗ×１.０４、（Ｄｗ×５）≦（Ｄｐｗｐ＝
Ｄｗｐ）≦（Ｄｗ×９）のとき、Ｄｃｉ＝Ｄｐｗｐ−
（Ｄｗ×０.４〜０.５） （Ｄｐｗｐ−Ｄｃｉ）≧（Ｄｃｏ−Ｄｐｗｐ） なる関係を満足するように構成する。また、上記いずれ
かの構成とした軸受用保持器を組み込んで転がり軸受を
構成する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に係
る転がり軸受用保持器について、添付図面を参照して説
明する。図１（ａ）,（ｂ）に示すように、本実施の形
態の転がり軸受用保持器２は、外輪４と内輪６との間に
組み込まれた複数個の転動体（玉）８を転動自在に保持
することができるように構成されている。具体的には、
転がり軸受用保持器２は、複数個の玉８の公転速度の約
半分の速さで公転しながら、各玉８を案内し且つ保持す
るように構成されており、複数個の玉８は、この転がり
軸受用保持器２に形成された複数の保持器ポケット１０
に転動自在に保持されている。また、転がり軸受用保持
器２としては、例えば、波形保持器、冠形保持器、かご
形保持器、合せ保持器などの種々のタイプがある。この
ような転がり軸受用保持器２が組み込まれた軸受には、
必要に応じて、外輪４から内輪６方向に向けて延出した
密封板（シール）１２が設けられており、このシール１
２としては、内輪６に接触するタイプと、接触せずに狭
い隙間を保つタイプとがある。なお、以下の説明では、
その一例として、樹脂製の冠形保持器を例にとって説明
する。まず、本実施の形態の転がり軸受用保持器（樹脂
製の冠形保持器）２の前提条件として、保持器ポケット
１０のポケットピッチ円径Ｄｐｗｐは、外輪４と内輪６
の間に配設された玉８の玉ピッチ円径Ｄｗｐと一致させ
るか、或いは、若干小さくなるように設計する。また、
樹脂製の冠形保持器（以下単に保持器という）２を射出
成型した場合、その完成品の寸法精度は、近年かなり高
精度になってきているものの、その量産性等を考慮する
と、設計値に対して±２０μｍ程度以下のバラツキを生
じる。従って、ポケットピッチ円径Ｄｐｗｐが、玉ピッ
チ円径Ｄｗｐよりも若干小さくなるように、保持器２を
射出成型することが好ましい。ここで、軸受内径がφ４
ｍｍ〜φ８ｍｍの軸受について、玉径Ｄｗ、玉数、玉ピ
ッチ円径Ｄｗｐを夫々抽出し、保持器２の半径方向の動
き量Ｍを表１（保持器寸法パラメータ）に基づいて求め
た。

【０００６】

【表１】

【０００７】この場合、玉８の配設位置を固定して保持
器２を半径方向に移動すると、ある位置において保持器
ポケット１０の内面１０ａと玉８とが接触する。このと
き、保持器ポケット１０の内径側の開口部径Ｓ１は、そ
の外径側の開口部径Ｓ２よりも小さいため、玉８は、保
持器ポケット１０の内径側領域部に接触し、ここで保持
器２の半径方向の動きは規制される。図２乃至図８は、
玉径Ｄｗを基準（数値範囲＝１）として、表１のパラメ
ータに基づいて保持器２の半径方向の動き量Ｍの最大値
を求めた結果である。即ち、保持器ポケット径Ｄｐｗ及
び保持器内径Ｄｃｉが共に設計値の場合と、保持器ポケ
ット径Ｄｐｗが製作上の公差の上限（＋２０μｍ）で且
つ保持器内径Ｄｃｉが製作上の公差の上限（＋２０μ
ｍ）となった場合（保持器２の半径方向の動き量が最悪
の組み合わせで最大となる条件）とにおいて、保持器２
の半径方向の動き量Ｍと玉径Ｄｗとの比で表している。
各図中の黒塗り四角マークのプロットは、保持器ポケッ
ト１０が玉８を保持しなくなる条件で（保持器ポケット
径Ｄｐｗ及び保持器内径Ｄｃｉが大＝保持器ポケット１
０の内径側の開口部径Ｓ１が大）、保持器２として機能
できなくなる範囲である。このように保持器ポケット径
Ｄｐｗ及び保持器内径Ｄｃｉが大きくなると、保持器ポ
ケット１０内での玉８の動きが大きくなるため、必然的
に、保持器２の半径方向の動き量Ｍも大きくなる。保持
器ポケット径Ｄｐｗ及び保持器内径Ｄｃｉが小さい場
合、玉数が偶数個或いは奇数個における保持器２の半径
方向の動き量Ｍに大きな差は生じないが、保持器ポケッ
ト径Ｄｐｗ及び保持器内径Ｄｃｉが大きくなるに従っ
て、玉数が偶数個における保持器２の半径方向の動き量
Ｍが奇数個に比べて大きくなる。このように保持器ポケ
ット径Ｄｐｗが大きくなるに従って保持器２の半径方向
の動き量Ｍが大きくなるのは、保持器ポケット１０と玉
８との隙間が大きくなるからである。また、保持器内径
Ｄｃｉが大きくなるに従って保持器２の半径方向の動き
量Ｍが２次的に大きくなるのは、保持器ポケット１０の
内径側の開口部径Ｓ１が大きくなるからである。例えば
特開平１１−３４４０３７号公報には、内外輪軌道溝の
溝底から溝肩までの距離（軌道溝深さ）ａ１,ａ２（図
１（ｂ）参照）は、静荷重や衝撃荷重の観点から、玉径
Ｄｗの１５％以上に設定することが好ましいと記載され
ている。ただし、玉径Ｄｗをあまり大きく設定すると、
軸受製作工程の玉挿入時に玉が入れ難くなってしまうた
め量産性が低下したり、或いは、軸受のコンパクト化の
要請から保持器２の内外径に制約を受けて、保持器２の
半径方向の厚みを充分に確保することが困難になり、そ
の結果、保持器強度や保持器寸法精度が低下してしまう
場合がある。更に、玉径Ｄｗをあまり大きく設定する
と、軸受内部の空間容量が減少するため、潤滑剤の封入
量が減少し、その結果、耐久性が低下してしまう場合も
ある。

【０００８】従って、内外輪軌道溝の溝底から溝肩まで
の距離（軌道溝深さ）ａ１,ａ２は、玉径Ｄｗの１５％
程度に留めておき、その他、軸受材料技術や熱処理技
術、軌道溝曲率半径等の設計技術によって補足すること
が好ましい。内外輪軌道溝の溝底から溝肩までの距離
（軌道溝深さ）ａ１,ａ２を玉径Ｄｗの１５％とする
と、ピッチ円Ｒ上の玉８中心と外輪４内径との間の距離
ｂ１及びピッチ円Ｒ上の玉８中心と内輪６内径との間の
距離ｂ２は、玉径Ｄｗの３５％となる（図１（ｂ）参
照）。ここで、保持器内径Ｄｃｉ及び保持器外径Ｄｃｏ
は、表１に示す玉径の関数であり、ピッチ円Ｒ上の玉８
中心と保持器外径Ｄｃｏとの間の距離ｄ１及びピッチ円
Ｒ上の玉８中心と保持器内径Ｄｃｉとの間の距離ｄ２は
夫々、玉径Ｄｗの１５％、２０％、２５％、３０％とな
る。距離ｄ１,ｄ２は、同一寸法である必要はないが、
保持器内径Ｄｃｉが大きくなると、距離ｄ２が小さくな
り、その結果、保持器２の半径方向の動き量Ｍが大きく
なるため、距離ｄ２はできるだけ大きく設定することが
好ましい。また、他方の距離ｄ１は、低トルク化の観点
から、できるだけ小さく設定（ｄ１≦ｄ２）することが
好ましい。保持器２の半径方向の動き量Ｍに重要な因子
である保持器内径Ｄｃｉについて考察すると、ピッチ円
Ｒ上の玉８中心と保持器内径Ｄｃｉとの距離ｄ２が、玉
径Ｄｗの１５％、２０％、２５％、３０％の場合、保持
器内径Ｄｃｉと内輪６外径との間の距離ｃ２は、２０
％、１５％、１０％、５％となる。なお、ポケットピッ
チ円径Ｄｐｗｐ、玉ピッチ円径Ｄｗｐ、保持器内径Ｄｃ
ｉ、保持器外径Ｄｃｏは、この保持器２が組み込まれた
軸受の回転同中心Ｔを通る直径寸法として表されてい
る。ここで、この関係を玉径がφ０.８ｍｍ、φ１.０ｍ
ｍ、φ１.２ｍｍの場合について表２に例示する。

【０００９】

【表２】

【００１０】図２乃至図８に示されている破線（斜め右
上方向に延びる破線）は、保持器内径Ｄｃｉと内輪６外
径との距離ｃ２を表しており、夫々の図において、保持
器半径方向動き量／玉径の最大値が、この破線を越える
位置にある場合、保持器内径Ｄｃｉと内輪６外径が接触
する。この状態では、内輪案内型の保持器となり、トル
ク上昇やトルク変動を生じる場合があるため、この破線
を越えるような保持器設計は好ましくない。従って、本
発明の保持器２は、図２乃至図８に示されている黒塗り
丸マーク及び三角マークのプロット領域となるように、
設計されている。このような領域に設計することによっ
て、玉８を積極的に拘束すること無く、保持器２の半径
方向の動き量Ｍを小さく抑えることによって、低トルク
化及び低トルク変動化を図ることが可能な転がり軸受用
保持器２を実現することが可能になる。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば、玉を積極的に拘束する
こと無く、保持器の半径方向の動き量を小さく抑えるこ
とによって、低トルク化及び低トルク変動化を図ること
が可能な転がり軸受用保持器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る転がり
軸受用保持器の寸法構成を示す図、（ｂ）は、同図
（ａ）に示された転がり軸受用保持器が軸受に組み込ま
れた状態を示す図。

【図２】玉数が７個の場合における保持器半径方向動き
量／玉径を示すプロットデータ図。

【図３】玉数が８個の場合における保持器半径方向動き
量／玉径を示すプロットデータ図。

【図４】玉数が９個の場合における保持器半径方向動き
量／玉径を示すプロットデータ図。

【図５】玉数が１０個の場合における保持器半径方向動
き量／玉径を示すプロットデータ図。

【図６】玉数が１１個の場合における保持器半径方向動
き量／玉径を示すプロットデータ図。

【図７】玉数が１２個の場合における保持器半径方向動
き量／玉径を示すプロットデータ図。

【図８】玉数が１３個の場合における保持器半径方向動
き量／玉径を示すプロットデータ図。

【符号の説明】

２：転がり軸受用保持器 ４：外輪 ６：内輪 ８：玉 １０：保持器ポケット

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体を揺動・回転自在に支持する転がり軸
   受に組み込まれる転がり軸受用保持器において、 玉径をＤｗ、保持器ポケット径をＤｐｗ、 保持器ポケットのポケットピッチ円径をＤｐｗｐ、玉ピ
   ッチ円径をＤｗｐ、 保持器内径をＤｃｉ、保持器外径をＤｃｏとした場合、 Ｄｐｗ＝Ｄｗ×１.０２、（Ｄｗ×５）≦（Ｄｐｗｐ＝
   Ｄｗｐ）≦（Ｄｗ×９）のとき、Ｄｃｉ＝Ｄｐｗｐ−
   （Ｄｗ×０.３〜０.６）、より好ましくは、Ｄｃｉ＝Ｄ
   ｐｗｐ−（Ｄｗ×０.４〜０.６） （Ｄｐｗｐ−Ｄｃｉ）≧（Ｄｃｏ−Ｄｐｗｐ） なる関係を満足することを特徴とする転がり軸受用保持
   器。
2. 【請求項２】物体を揺動・回転自在に支持する転がり軸
   受に組み込まれる転がり軸受用保持器において、 玉径をＤｗ、保持器ポケット径をＤｐｗ、 保持器ポケットのポケットピッチ円径をＤｐｗｐ、玉ピ
   ッチ円径をＤｗｐ、 保持器内径をＤｃｉ、保持器外径をＤｃｏとした場合、 Ｄｐｗ＝Ｄｗ×１.０３、（Ｄｗ×５）≦（Ｄｐｗｐ＝
   Ｄｗｐ）≦（Ｄｗ×７）のとき、Ｄｃｉ＝Ｄｐｗｐ−
   （Ｄｗ×０.３〜０.６）、より好ましくは、Ｄｃｉ＝Ｄ
   ｐｗｐ−（Ｄｗ×０.４〜０.６） （Ｄｐｗｐ−Ｄｃｉ）≧（Ｄｃｏ−Ｄｐｗｐ） なる関係を満足することを特徴とする転がり軸受用保持
   器。
3. 【請求項３】物体を揺動・回転自在に支持する転がり軸
   受に組み込まれる転がり軸受用保持器において、 玉径をＤｗ、保持器ポケット径をＤｐｗ、 保持器ポケットのポケットピッチ円径をＤｐｗｐ、玉ピ
   ッチ円径をＤｗｐ、 保持器内径をＤｃｉ、保持器外径をＤｃｏとした場合、 Ｄｐｗ＝Ｄｗ×１.０３、（Ｄｗ×７）＜（Ｄｐｗｐ＝
   Ｄｗｐ）≦（Ｄｗ×９）のとき、Ｄｃｉ＝Ｄｐｗｐ−
   （Ｄｗ×０.４〜０.６） （Ｄｐｗｐ−Ｄｃｉ）≧（Ｄｃｏ−Ｄｐｗｐ） なる関係を満足することを特徴とする転がり軸受用保持
   器。
4. 【請求項４】物体を揺動・回転自在に支持する転がり軸
   受に組み込まれる転がり軸受用保持器において、 玉径をＤｗ、保持器ポケット径をＤｐｗ、 保持器ポケットのポケットピッチ円径をＤｐｗｐ、玉ピ
   ッチ円径をＤｗｐ、 保持器内径をＤｃｉ、保持器外径をＤｃｏとした場合、 Ｄｐｗ＝Ｄｗ×１.０４、（Ｄｗ×５）≦（Ｄｐｗｐ＝
   Ｄｗｐ）≦（Ｄｗ×９）のとき、Ｄｃｉ＝Ｄｐｗｐ−
   （Ｄｗ×０.４〜０.５） （Ｄｐｗｐ−Ｄｃｉ）≧（Ｄｃｏ−Ｄｐｗｐ） なる関係を満足することを特徴とする転がり軸受用保持
   器。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の保持器
   を組み込んだことを特徴とする転がり軸受。