JP2005090717A - 玉軸受及び軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 保持器音及び回転非同期振れを、有効に抑える。
【解決手段】 保持器１５ａを内輪案内とすると共に、内輪８に対するこの保持器１５ａの案内隙間の直径分をｃとする。又、保持器１５ａ及び複数の玉１２、１２のみを組み合わせた状態での、この保持器１５ａのポケット１７内での各玉１２、１２の内径側及び外径側への最大変位量のうちの小さい変位量をδとする。そして、ｃ≦１．９δの関係を満たす様に、ｃ、δを規制する。
【選択図】 図１

Description

本発明の玉軸受及び軸受装置は、ハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）やビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）用のスピンドルモータ、ロータリアクチュエータ、ロータリエンコーダ等、各種精密回転部分や精密工作機械の回転部分に組み込んでこの回転部分を支持する為に利用する。

コンピュータ等の記憶装置として使用するＨＤＤは、例えば特許文献１に記載されている様に、図１１に示す様な構造を有する。ＨＤＤの使用時にハードディスク１は、ダイレクトドライブ型のスピンドルモータにより高速で回転する。又、先端部にヘッド２を設けたスイングアーム３の基端部は、例えば図１２に示す様な複列玉軸受ユニット４により、基板５上に植設した、上記ハードディスク１（図１１）の回転軸と平行な支持軸６に対し、揺動変位自在に支持している。

上記複列玉軸受ユニット４を構成する為に、内側部材である円筒状の内筒７の外周面のうちで軸方向に離隔した２個所位置に内輪８、８を、締り嵌めで外嵌固定している。又、これら各内輪８、８の外周面には、それぞれ深溝型若しくはアンギュラ型の内輪軌道９、９を形成している。又、上記各内輪８、８の周囲に外輪１０、１０を、これら各内輪８、８と同心に配置している。これら各外輪１０、１０の内周面には、それぞれ深溝型若しくはアンギュラ型の外輪軌道１１、１１を形成している。そして、上記各内輪軌道９、９とこれら各外輪軌道１１、１１との間に、それぞれ複数個ずつの玉１２、１２を転動自在に設けて、１対の玉軸受１３、１３としている。

又、上記各外輪１０、１０の両端部内周面には、それぞれ円輪状のシールド板１４、１４の外周縁を係止し、これら両シールド板１４、１４によって、上記玉１２、１２設置部分に存在するグリースが外部に漏洩したり、或は外部に浮遊する塵芥がこの設置部分に進入する事を防止している。又、上記各玉１２、１２は、円環状に形成した保持器１５、１５により転動自在に保持している。尚、密封装置として、上記非接触型のシールド板１４、１４に代えて、接触型や非接触型のシール板を使用する場合もある。

上記各保持器１５、１５としては、例えば、図１３に示す様に、冠型保持器と呼ばれるものを使用する。この図１３に示した保持器１５は、円環状の主部１６と、この主部１６の軸方向片面に等間隔に設けられた複数のポケット１７、１７とを備える。これら各ポケット１７、１７は、互いに間隔をあけて配置した１対の弾性片１８、１８と、上記主部１６の片面（図１３の上面）でこの１対の弾性片１８、１８の間部分に設けた凹面部１９とから構成する。そして、各ポケット１７に玉１２（図１２）を１個ずつ、転動自在に保持する。この様に構成する各ポケット１７、１７の内面は、その全体を球状凹面としている。この球状凹面の曲率半径は、上記玉１２の転動面の曲率半径よりも僅かに大きくしている。この様な保持器１５は、例えば合成樹脂を射出成形する事により、一体に形成している。

上記各玉１２、１２は、各ポケット１７、１７を構成する１対ずつの弾性片１８、１８の先端部同士の間隔を弾性的に押し広げつつ、これら１対の弾性片１８、１８の間に押し込む。そして、上記各玉１２、１２を各ポケット１７、１７の内側に、転動自在に保持する。この状態で、上記各玉１２、１２の転動面と上記各ポケット１７、１７の内面との間には、微小な隙間が存在する。従って、上記各玉１２、１２をこれら各ポケット１７、１７に保持した状態では、上記保持器１５がこれら各玉１２、１２を円周方向に亙って等間隔に保持すると共に、各玉１２、１２により上記保持器１５のラジアル方向位置を規制する。又、これら各玉１２、１２の転動面と上記各ポケット１７、１７の内面との間の微小な隙間の存在により、これら各玉１２、１２の転動を円滑に行なえる。

それぞれが上述の様に構成する１対の保持器１５、１５により玉１２、１２を保持した１対の玉軸受１３、１３を用いて複列玉軸受ユニット４（図１２）を構成するには、前記１対の外輪１０、１０を、互いに対向する端面同士を間座２０（図１２）を介して突き合わせると共に、前記１対の内輪８、８を前記内筒７（図１２）の軸方向両端部に、締まり嵌め或は接着により外嵌固定する。この様に構成した複列玉軸受ユニット４により前記スイングアーム３（図１１）の基端部を、前記支持軸６に対して揺動自在に支持するには、この支持軸６の周囲に上記内筒７を配置する。そして、この内筒７を、上記支持軸６の基端部に設けた段部２１と、上記支持軸６の先端面にねじ２２により結合固定した抑え板２３との間で挟持する。図示の例では、上記１対の内輪８、８を、上記段部２１と上記抑え板２３とにより互いに近づき合う方向に押圧して、上記１対の玉軸受１３、１３に所定の接触角を持たせつつ、所定の予圧を付与している。又、これら各玉軸受１３、１３を組み付ける前の状態、即ち、各玉１２、１２を単列のみ設けた状態では、これら各玉軸受１３、１３にラジアル方向の正の内部隙間を設けている。

又、上記各外輪１０、１０及び間座２０の外周面に、上記スイングアーム３の基端部を構成するＥブロック２４を、締り嵌め或は接着により外嵌固定する。そして、このＥブロック２４の一部分に、前記スイングアーム３を駆動する（揺動させる）為の、ボイスコイルモータ（ＶＣＭ）２５を取り付けている。

上述の様に組み立てた状態で、上記スイングアーム３の先端部に支持した前記ヘッド２（図９）は、このスイングアーム３の揺動に伴って、前記ハードディスク１（図９）の表面に近接した状態のまま、この表面を倣う様に移動しつつ、信号の読み取り並びに書き込みを行なう。尚、ＨＤＤやＦＤＤ等の磁気ディスクドライブ装置やＶＴＲ等の各種ＡＶ機器の回転支持部を構成するのにも、ほぼ同様の複列玉軸受ユニットが使用されている。

近年、ＨＤＤ等の記憶装置の高密度化が進み、ハードディスク１やフレキシブルディスクに信号を記録するトラックの幅が益々狭くなっている。又、磁気記録の読み取り並びに書き込みの高速化も図られている。そして、この様に極端に幅が狭くなっているトラックを、ヘッド２により忠実に、しかも高速でトレースする必要上、上記スイングアーム３の揺動変位に伴う位置決め精度並びに揺動速度の向上、及び、ハードディスク１を高速で回転するスピンドルモータの回転精度の向上が求められている。そして、この様な要求に応じるべく、上記複列玉軸受ユニット４として、高い回転精度を有するものが求められている。又、この複列玉軸受ユニット４は、室内で使用される事が多く、高い静粛性を有する事も求められている。ところが、図１２に示した従来の複列玉軸受ユニット４の場合には、この様な要求に応える事が難しい。

即ち、上述した複列玉軸受ユニット４を構成する玉軸受１３、１３の場合、各玉１２、１２の転動を円滑に行なわせる為に、これら各玉１２、１２の転動面と各保持器１５、１５を構成するポケット１７、１７の内面との間に存在する隙間（ポケット隙間）を、或る程度大きくしている。但し、この隙間の存在に基づいてこれら各保持器１５、１５が、ラジアル方向に亙って変位する事が避けられない。この様な変位が発生すると、所謂保持器音と呼ばれる騒音を伴う振動が発生する。この保持器１５、１５の振動は、各玉１２、１２に対する各保持器１５、１５の動き量が大きくなる事に起因して、これら各玉１２、１２と保持器１５、１５との間の滑り摩擦に基づいて発生する。又、これら各保持器１５、１５に対する各玉１２、１２の動き量が大きくなる為、これら各玉１２、１２の円周方向に亙る不等配（円周方向に亙る配置のばらつき）が大きくなる。そして、この様に各玉１２、１２の円周方向に亙る不等配が大きくなる事に起因して、上記各保持器１５、１５がラジアル方向に大きく変位して、これら各保持器１５、１５のポケット１７、１７の内径側又は外径側の開口端縁に各玉１２、１２が強く衝合する事により保持器音が生じ易くなる。又、この場合には、上記玉軸受１３、１３に、回転非同期振れ（Non Repeatable Run-out＝ＮＲＲＯ）と呼ばれる、１回転毎に繰り返されないラジアル方向の微小変位が発生する事が知られている。ＨＤＤ等の高精度機器の回転支持部に組み込む玉軸受１３、１３にこの様な微小変位が発生すると、この高精度機器の性能を悪化させる原因となる。特に、上記回転非同期振れのうちでも、保持器回転成分ＮＲＲ−ｆ_C はこの性能を大きく悪化させる原因となる。

これに対して、従来から、特許文献２に記載された玉軸受の様に、上記各玉１２、１２の転動面と上記各ポケット１７、１７の内面との間の隙間（ポケット隙間）を小さくする事により、上記保持器音及び回転非同期振れの保持器回転成分ＮＲＲ−ｆ_C を抑える事が考えられている。但し、上記隙間を小さくし過ぎると、軸受トルクが増大したり、潤滑不良により音響特性が悪化し易くなる。この為、この隙間を小さくする事には限界がある。

又、前述の図１２に示した様に、組み付け前の状態、即ち、各玉１２、１２を単列のみ設けた状態で、ラジアル方向の内部隙間を有する玉軸受１３、１３とし、各玉１２、１２に予圧を付与して（０ではない）接触角を持つ状態で使用する玉軸受１３、１３の場合には、上記保持器音及び回転非同期振れが大きくなり易い事が分かった。この理由を、本発明者は次の様に考えた。即ち、前述の図１２に示した様に予圧を付与して接触角を設けた構造の場合、各玉１２、１２の転動面と各内輪、外輪軌道９、１１との接触部は、ヘルツの弾性接触により変形する。このとき、上記接触角が存在すると、この接触角に対応して、上記各玉１２、１２と各内輪、外輪軌道９、１１との接触点に作用する分力が小さくなり、上記接触部での面圧が小さくなる。この様に、前述の図１２に示した構造の場合には、この接触部での面圧が小さくなる為、この接触部に存在する油膜での滑りが大きくなり、この接触部に作用するトラクション力が小さくなる。この為、上記各玉１２、１２が保持器１５に押される事により、これら各玉１２、１２の円周方向に亙る不等配が大きくなり易い。そして、この不等配が大きくなる事により上記保持器１５がラジアル方向に大きく変位して、保持器１５の回転非同期振れ成分ＮＲＲ−ｆ_C と保持器音とが大きくなり易い。
又、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献１〜２の他に、特許文献３〜８がある。

特開平７−１１１０５３号公報 特開２０００−２０５２６９号公報 特開２０００２−１５５９５３号公報 特開平１０−１５９８４３号公報 特開２００２−２３５７３９号公報 特開２００１−１２４６４号公報 特開平６−２２１３２６号公報 特開２０００−９７２４３号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、保持器音及び回転非同期振れを有効に抑えるべく発明したものである。

本発明の玉軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を転動自在に保持する保持器とを備える。又、この保持器は、全体が円環状若しくは円筒状で、複数のポケットを円周方向に亙り間欠的に形成すると共に、上記内輪相当部材又は外輪相当部材により案内したものである。又、上記保持器及び複数の玉のみを組み合わせた状態で、この保持器の中心軸をその中心とし、上記外輪軌道の底部の直径と内輪軌道の底部の直径との和の１／２をその直径とした円周上に上記各玉を配置した状態からの、これら各玉の内径側及び外径側への最大変位量のうちの小さい変位量をδとし、上記内輪相当部材又は外輪相当部材に対する上記保持器の案内隙間の直径成分をｃとした場合に、ｃ≦１．９δを満たしている。

又、請求項２に記載した、本発明の軸受装置は、上述の玉軸受を備え、各玉を単列のみ設けた状態でこの玉軸受の内部にラジアル方向の正の内部隙間を設けており、各玉と外輪軌道及び内輪軌道とを所定の大きさの接触角で接触させつつ、これら各玉に予圧を付与している。

上述の様に構成する本発明の玉軸受及びこの玉軸受を組み込んだ軸受装置によれば、保持器音及び回転非同期振れを有効に抑える事ができる。又、各玉の転動面と各ポケットの内面との間の隙間を徒に小さくする必要がない為、軸受トルクが徒に増大したり、潤滑不良により音響特性が徒に悪化する事を防止できる。
尚、特許文献３には、内輪又は外輪に対する案内隙間の、玉軸受の内径に対する割合を所定の範囲に規制した玉軸受が記載されている。そして、この特許文献３に記載された玉軸受によれば、各玉の円周方向に亙る不等配を生じにくくする事により、保持器の回転非同期振れ成分を抑える事ができる。これに対して、本発明の場合には、保持器及び複数の玉のみを組み合わせた状態で、この保持器の中心軸をその中心とし、外輪軌道の底部の直径と内輪軌道の底部の直径との和の１／２をその直径とした円周上に各玉を配置した状態からの、これら各玉の内径側及び外径側への最大変位量のうちの小さい変位量δと、上記内輪相当部材又は外輪相当部材に対する上記保持器の案内隙間の直径分ｃとを、所定の関係を満たす様に規制している。この為、本発明で規制するパラメータは、特許文献３に記載された発明の場合と異なる。そして、本発明の場合には、各玉の円周方向に亙る不等配が大きくなった場合でも、これら各玉が保持器のポケットの内径側又は外径側の開口端縁に強く衝合する事を防止して、保持器音及び回転非同期振れを有効に抑える事ができると言った、特許文献３に記載された玉軸受によっては得られない作用・効果を得られる。

本発明の軸受装置を実施する場合に好ましくは、請求項３に記載した様に、外輪相当部材又はこの外輪相当部材を内嵌固定する外側部材を構成する材料の線膨張係数を、内輪相当部材又はこの内輪相当部材を外嵌固定する内側部材を構成する材料の線膨張係数よりも大きくすると共に、各玉に定位置予圧法により予圧を付与する。より好ましくは、上記外側部材を構成する材料の線膨張係数を、（２０〜５０）×１０^-6｛更に好ましくは（２０〜２５）×１０^-6｝とし、上記内側部材を構成する材料の線膨張係数を、（１０．１〜１６．８）×１０^-6とする。更に好ましくは、玉軸受の外輪相当部材及び内輪相当部材を構成する材料の線膨張係数を、（１０．１〜１６．８）×１０^-6｛更に好ましくは（１０．１〜１３．５）×１０^-6｝とする。

この好ましい構成によれば、使用時の温度上昇に基づいて玉軸受での予圧抜けが生じ易くなっても、保持器の各ポケット内での内径側及び外径側への各玉の最大変位量のうちの小さい変位量δと、内輪相当部材又は外輪相当部材に対する保持器の案内隙間の直径分ｃとを所定の関係を満たす様に規制する事により、保持器音及び回転非同期振れを抑える事ができると言った効果が顕著になる。

図１〜２は、本発明の実施例１の玉軸受１３ａを示している。この玉軸受１３ａは、深溝型又はアンギュラ型のラジアル玉軸受で、内周面に外輪軌道１１を有する外輪相当部材である、外輪１０と、外周面に内輪軌道９を有する内輪相当部材である、内輪８と、上記外輪軌道１１とこの内輪軌道９との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数個の玉１２、１２と、これら各玉１２、１２を転動自在に保持する保持器１５ａとを備える。又、この保持器１５ａは、合成樹脂を射出成形する事により全体を円環状に形成したもので、複数のポケット１７を円周方向に亙り間欠的に形成している。又、この保持器１５ａの具体的な形状に就いては、前述の図１３に示した従来構造とほぼ同様である為、同等部分には同一符号を付して重複する説明は省略する。

特に、本例の玉軸受１３ａの場合には、上記保持器１５ａを、上記内輪８の外周面により案内した、内輪案内としている。又、図２に示す様に、この保持器１５ａ及び上記複数個の玉１２のみを組み合わせた状態で、上記保持器１５ａの中心軸ｏ（図１）をその中心とし、上記外輪軌道１１の底部の直径ｄ₁ と上記内輪軌道の底部の直径ｄ₂ との和の１／２をその直径ｄ₃ ｛＝（ｄ₁ ＋ｄ₂ ）／２｝（図１）とした円周（以下、「軸受P.C.D.」とする。）上に位置する様に、上記各ポケット１７内に上記各玉１２を配置した状態を考える。そしてこの状態からの、これら各玉１２の内径側及び外径側への最大変位量（各玉１２が各ポケット１７の開口端縁に接触する迄の間の変位量）のうちの小さい変位量を、δと定義する。又、本例の場合には、上記各ポケット１７の凹面部１９の曲率中心ｏ´を、上記軸受P.C.D.上に位置させている。但し、本発明は、上記各ポケット１７の凹面部１９の曲率中心を、この軸受P.C.D.上に位置させる構造に限定するものではない。

又、上記内輪８に対する上記保持器１５ａの案内隙間の直径分を、ｃと定義する。即ち、この内輪８の外周面とこの保持器１５ａの主部１６の内周面との間の隙間と、この隙間部分と直径方向反対側位置での、この内輪８の外周面とこの主部１６の内周面との間の隙間との和を、上記案内隙間の直径分ｃと定義する。そして、この様にδ、ｃを定義した場合に、ｃ≦１．９δを満たす様に、各部の寸法を規制している。又、上記案内隙間の直径分ｃを、好ましくは０．００５mm（５μｍ）以上とし、より好ましくは０．０１０mm（１０μｍ）以上とする。尚、本発明は、図示の様に、上記保持器１５ａを構成する主部１６の内周面を、単なる円筒面とした構造に限定するものではなく、保持器を構成する主部の内周面に、内径側に突出する案内突部を設けて、この案内突部の先端面を内輪８の外周面に対向させる事もできる。

又、本例の玉軸受１３ａは、使用時に、外側部材であるＥブロック２４（図１２参照）の内周面と、内側部材である内筒７（図１２参照）の外周面との間に組み付ける。そして、上記玉軸受１３ａを上記Ｅブロック２４の内周面とこの内筒７の外周面との間に組み付ける前の状態、即ち、各玉１２、１２を単列のみ設けた状態で、上記玉軸受１３ａに、ラジアル方向の正の内部隙間を設けている。この内部隙間は、この玉軸受１３ａの組立性の向上を図る面から、０．００３mm（３μm ）以上、より好ましくは、０．００５mm（５μm ）以上とする。

それぞれが上述の様に構成する本例の玉軸受１３ａは、前述の図１２に示した様に、上記Ｅブロック２４の内周面と内筒７の外周面との間に１対組み込んで、軸受装置である、複列玉軸受ユニット４とした状態で使用する。又、この複列玉軸受ユニット４は、上記各玉軸受１３ａを構成する外輪１０の軸方向一端面を、間座２０を介して突き合わせると共に、各内輪８を、基板５に設けた段部２１及び抑え板２３とにより、互いに近づき合う方向に押圧する。そして、上記各玉軸受１３ａを構成する各玉１２、１２と上記各内輪、外輪軌道９、１１とを（０ではない）所定の大きさの接触角で接触させつつ、定位置予圧法により、これら各玉１２、１２に所定の予圧を付与する。この所定の大きさの接触角は、５〜３０度が好ましい。この接触角が５度よりも小さいと、アキシアル剛性が小さくなり、回転精度に影響を及ぼし、逆に、この接触角が３０度よりも大きいと、スピンが大きくなり、発熱等の問題が生じる。より好ましくは、この接触角の大きさを、１０〜２２度とする。

又、本例の場合には、上記Ｅブロック２４を構成する材料の線膨張係数を、上記内筒７を構成する材料の線膨張係数よりも大きくしている。具体的には、上記Ｅブロック２４を構成する材料の線膨張係数を、（２０〜５０）×１０^-6とし、上記内筒７を構成する材料の線膨張係数を、（１０．１〜１６．８）×１０^-6としている。より好ましくは、上記玉軸受１３ａの外輪１０及び内輪８を構成する材料の線膨張係数を（１０．１〜１６．８）×１０^-6｛更に好ましくは（１０．１〜１３．５）×１０^-6｝とする。例えば、上記Ｅブロック２４を構成する材料として、線膨張係数が（２０〜２５）×１０^-6であるアルミニウム合金、線膨張係数が２０．５×１０^-6である銅合金、線膨張係数が（２０〜５０）×１０^-6である合成樹脂等を使用する。又、このうちのアルミニウム合金は、最も汎用性が高い。この為、上記Ｅブロック２４を構成する材料のより好ましい線膨張係数は、このアルミニウム合金の線膨張係数と同じ範囲である、（２０〜２５）×１０^-6とする。

又、上記内筒７と外輪１０及び内輪８とを構成する材料として、線膨張係数が１０．１×１０^-6であるマルテンサイトステンレス鋼、線膨張係数が１２．５×１０^-6である軸受鋼、線膨張係数が１３．５×１０^-6である中炭素鋼、線膨張係数が１６．８×１０^-6であるオーステナイトステンレス鋼等を使用する。但し、上記外輪１０及び内輪８を構成する材料として、オーステナイトステンレス鋼を使用する事は実際上少ない。この為、この外輪１０及び内輪８を構成する材料の、より好ましい線膨張係数は、上記マルテンサイトステンレス鋼と、軸受鋼と、中炭素鋼との線膨張係数を含み、上記オーステナイトステンレス鋼の線膨張係数を除いた範囲である、（１０．１〜１３．５）×１０^-6とする。又、前記各玉１２を構成する材料として、上記外輪１０及び内輪８を構成する材料と同じものを使用できる他、線膨張係数が２．６×１０^-6である窒化珪素Si₃N ₄等も使用できる。

上述の様に構成する本例の玉軸受とこれを組み込んだ軸受装置の場合には、保持器音及び回転非同期振れを有効に抑える事ができる。次に、この理由を詳しく説明する。
即ち、本発明者は、次に説明する第一〜第二の計算結果から、保持器１５ａを構成する各ポケット１７内での各玉１２、１２の内径側及び外径側への最大変位量のうちの小さい変位量δと、内輪８に対するこの保持器１５ａの案内隙間の直径分ｃとを、所定の関係を満たす様に規制する事により、保持器音及び回転非同期振れを抑える事ができる事を突き止めた。

先ず、第一の計算は、前述の図１２に示した様な従来構造の玉軸受１３で、保持器音の原因となる保持器１５の運動を確認する為に行なったもので、この保持器１５のラジアル方向の変位を、コンピュータにより計算（シミュレーション）した。又、上記第一の計算では、玉軸受１３の内径を３mmとし、同じく外径を６．２mmとし、各玉１２の直径を１．２mmとし、玉数を６個とし、各玉１２のP.C.D.（軸受P.C.D.）を３．９mmとした。又、上記保持器１５に設けた各ポケット１７の内面と各玉１２の転動面との間のポケット隙間を、０．０３５mmとした。又、上記玉軸受１３の基本動ラジアル定格荷重Ｃ_r を３００Ｎとし、２．９Ｎのアキシアル荷重を加えて、上記各玉１２に予圧を付与した。又、これら各玉１２と各内輪、外輪軌道９、１１との接触部での最大接触面圧Ｐ_max を、９００〜１２００ＭPaとした。そして、内輪８を固定し、外輪１０を９０００min^-1 の速度で回転させた場合での、上記保持器１５のラジアル方向の振れを計算により求めた。

図３は、この様にして行なった第一の計算結果を示している。この図３に於いて、横軸は保持器１５の回転回数を、縦軸はこの保持器１５のラジアル方向の変位を、それぞれ表している。又、この縦軸の数値は、この保持器１５の中心軸が内輪８及び外輪１０の中心軸と一致している場合を０とし、この保持器１５が中心軸に直交する任意の方向で、この中心軸に関して両側に変位する場合を、それぞれ正及び負の符号で表している。図３に示した計算結果から明らかな様に、保持器１５の内径側及び外径側への最大変位量は、保持器１５の回転回数の増大に伴って徐々に大きくなり、或る回転回数で最大になった後、徐々に減少し、別の或る回転回数で最小になった。そして、この様なサイクルを、保持器１５の回転回数が増大するのに従って繰り返した。又、本発明者が、玉１２と保持器１５との衝突力を求めたところ、この保持器１５のラジアル方向の変位量が大きくなる場合に、大きな衝突力が発生する事が分かった。この衝突力が大きいと、保持器音及び回転非同期振れが大きくなる。例えば、図３に示す場合には、同図にα、βで示す範囲で、保持器音が大きくなる。従って、保持器１５のラジアル方向の振れ量（変位量）を抑える事ができれば、保持器音及び回転非同期振れを抑える事ができる事が分かった。

又、上記保持器１５の振れ量は、各玉１２の円周方向に亙る不等配が大きくなる場合に大きくなると考えられる。即ち、図４に示す様に、各玉１２、１２が内輪８の内周面と外輪１０の外周面との間で円周方向に均一に配置されている場合には、保持器１５のラジアル方向の最大変位量Ｌ₁ は、この保持器１５の各ポケット１７、１７の内面と各玉１２、１２の転動面との間の円周方向のポケット隙間の大きさＬ₂ よりも小さくなる。この場合、一部の玉１２、１２の転動面が上記各ポケット１７、１７の内面の径方向中間部（図４の点Ｐ、Ｑ）に当接する事により、上記保持器１５の変位が規制される。又、上記保持器１５から上記一部の玉１２、１２に、図４に矢印イ、ロで示す方向に力が加わる。これに対して、この保持器１５に回転アンバランスが存在する等に基づき、この保持器１５は回転回数の増大に伴って徐々に振れ回り運動し易くなる。そして、図５に示す様に、上記各玉１２、１２の円周方向に亙る不等配が大きくなる可能性がある。この図５に示す場合には、同図の上半部で隣り合う２個の玉１２、１２同士の間隔が小さくなっており、同図の下半部で隣り合う２個の玉１２、１２同士の間隔が大きくなっている。この様に各玉１２、１２の円周方向に亙る不等配が大きくなった場合には、上記保持器１５がラジアル方向に、上記ポケット隙間の大きさＬ₂ よりも大きな寸法Ｌ₁ ´分変位する可能性がある。そして、この保持器１５がラジアル方向に大きく変位した場合には、この保持器１５に設けた各ポケット１７、１７の開口端縁（図５の点Ｐ´、点Ｑ´）に一部の玉１２が強く衝合する事により、保持器音及び回転非同期振れが大きくなると考えられる。尚、図５に示す場合には、上記保持器１５から上記一部の玉１２に、同図に矢印イ´、ロ´で示す方向に力が加わる。これらの事情から、上記各玉１２、１２の円周方向に亙る不等配が大きくなり、上記保持器１５がラジアル方向に大きく変位する傾向となった場合でも、上記各ポケット１７、１７の開口端縁に上記各玉１２、１２が衝合する以前に、上記内輪８の外周面又は外輪１０の内周面に上記保持器１５を当接させ、この保持器１５をこの内輪８又は外輪１０により案内させれば、上記保持器音及び回転非同期振れを抑える事ができる事が分かった。

次に、本発明者は、第二の計算により、保持器１５及び複数の玉１２、１２のみを組み合わせた状態で、軸受P.C.D.上に上記各玉１２、１２を配置した状態からの、これら各玉１２、１２の内径側及び外径側への最大変位量のうちの小さい変位量δと、保持器１５を玉軸受１３ａに組み込んだ状態での、この保持器１５のラジアル方向の変位の両振幅の限界値Ａ（図３）との関係を求めた。又、上記第二の計算では、前述の図３にその計算結果を示した第一の計算で使用した玉軸受１３と同様のもので、保持器１５の外径及び内径と、各ポケット１７、１７の内面の曲率半径とを種々に異ならせたものを用いた。そして、内輪８を固定し、外輪１０を９０００min^-1 の速度で回転させた。

図６は、この様な条件で行なった第二の計算結果を示している。尚、図６に示した直線Ｌは、上記第二の計算により得られた計算値を表す複数の点に関する近似直線であり、Ａ＝１．９３δの関係にある。この様な第二の計算結果から明らかな様に、上記限界値Ａと上記変位量δとは、ほぼＡ＝１．９３δの関係を満たしている。そこで、本発明では、内輪８又は外輪１０に対する案内隙間の直径分ｃを考えて、この直径分ｃと上記変位量δとを、ｃ≦１．９δの関係を満たす様に規制した。この様な本発明によれば、上記案内隙間の直径分ｃを、上記保持器１５ａのラジアル方向の変位の両振幅の限界値Ａよりも小さくする事ができる。この為、各玉１２、１２を各ポケット１７に組み込んだ状態から、これら各玉１２、１２がこれら各ポケット１７の内径側又は外径側の開口端縁に衝合する以前に、上記保持器１５ａを上記内輪８又は外輪１０の周面に当接させる事ができ、上記保持器音及び回転非同期振れを抑える事ができる。又、本発明の場合には、上記各玉１２、１２の転動面と各ポケット１７の内面との間のポケット隙間を徒に小さくする必要がない為、軸受トルクが徒に増大したり、潤滑不良により音響特性が徒に悪化する事を防止できる。

図７は、本発明の効果を確認すべく行なった第三の計算結果を示している。この第三の計算は、前述の図３にその計算結果を示した、第一の計算と同様の計算を、本発明の玉軸受１３ａに就いて行なった。又、この第三の計算では、上記案内隙間の直径分ｃと上記変位量δとに関する寸法以外は、上記第一の計算で用いた玉軸受１３と同様の寸法を有するものを用いた。上記図７に示した第三の計算結果を、前述の図３に示した第三の計算結果と比較すれば明らかな様に、本発明の場合には、保持器１５ａのラジアル方向の変位量を抑える事ができ、保持器音及び回転非同期振れを抑える事ができる。

更に、上記案内隙間の直径分ｃを０．００５mm（５μｍ）以上とした場合には、本例の様に上記保持器１５ａを合成樹脂を射出成形する事により造る場合の様に、この保持器１５ａでの製造上不可避な寸法誤差が比較的大きくなる場合でも、外輪１０と内輪８との間への保持器１５ａの組み付け性が悪化する事を防止できる。又、上記案内隙間の直径分ｃを０．０１０mm（１０μｍ）以上とした場合には、内部を潤滑するグリースが上記案内隙間部分に入り込んで、回転トルクが徒に増大する事を防止できる。

又、本例の軸受装置の場合には、前記Ｅブロック２４を構成する材料の線膨張係数を、前記内筒７を構成する材料の線膨張係数よりも大きくすると共に、上記各玉１２、１２に定位置予圧法により予圧を付与している。この為、使用時の温度上昇に基づいて、玉軸受１３ａでの予圧抜けが生じ易くなり、各玉１２、１２が円周方向に亙り不等配になり易くなる。この様な場合にも、本例の軸受装置の場合には、各ポケット１７内での内径側及び外径側への各玉１２、１２の最大変位量のうちの小さい変位量δと、内輪８又は外輪１０に対する保持器１５ａの案内隙間の直径分ｃとを、所定の関係を満たす様に規制する事により、保持器音及び回転非同期振れを抑える事ができると言った効果が顕著になる。尚、本例の場合には、上記保持器１５ａを内輪案内とした場合に就いて説明した。但し、本発明では、この保持器１５ａを外輪案内とする事もできる。又、この保持器１５ａの外周面に外径側に突出する案内突部を形成して、この案内突部の先端面を外輪１０の内周面に対向させる事もできる。

又、本例の軸受装置の場合には、請求項３に係る発明として、外側部材である、上記Ｅブロック２４を構成する材料の線膨張係数を、内側部材である、上記内筒７を構成する材料の線膨張係数よりも大きくすると共に、上記各玉１２、１２に定位置予圧法により予圧を付与している。但し、請求項３に係る発明は、この様なＥブロック２４と内筒７とを設けた軸受装置に適用する場合に限定するものではない。例えば、図８に示す様に、外周面に１対の内輪軌道９ａ、９ａを形成した内輪相当部材である、軸２６と、内周面に１対の外輪軌道１１ａ、１１ａを形成した外輪相当部材である、外輪２７とを、複数の玉１２、１２を介して組み合わせると共に、これら複数の玉１２、１２に予圧を付与した複列玉軸受２８に、請求項３に係る発明を適用する事もできる。

又、図９に示す様に、軸２６ａの片半部（図９の右半部）に設けた小径部３０に内輪２９を外嵌固定すると共に、外輪２７の内側にこの軸２６ａ及び内輪２９を、複数の玉１２、１２を介して組み合わせて成る複列玉軸受２８ａに、請求項３に係る発明を適用する事もできる。即ち、この複列玉軸受２８ａの場合、軸２６ａが、小径部３０と大径部３１とを段部３２により連続させており、この大径部３１の外周面に１対の内輪軌道９ａ、９ａのうちの一方の内輪軌道９ａを形成している。又、内輪２９は、自由状態に於いて上記小径部３０の外径よりも少し小さな内径を有する。又、この内輪２９は外周面に、上記１対の内輪軌道９ａ、９ａのうちの他方の内輪軌道９ａを形成している。そして、上記小径部３０にこの内輪２９を外嵌した後に、上記軸２６ａ及びこの内輪２９を上記外輪２７の内側に挿入し、次いで、上記各内輪軌道９ａ、９ａと各外輪軌道１１ａ、１１ａとの間に玉１２、１２を転動自在に組み付けている。又、この様に組み付けた後に、上記内輪２９を上記段部３２に向け、軸方向に変位させる事により、上記１対の内輪軌道９ａ、９ａのピッチＰ₁ を短くし、上記各玉１２、１２に所定の予圧を付与している。請求項３に係る発明は、この様な構造に適用する事もできる。

更に、図１０に示す様に、外周面に１対の内輪軌道９ａ、９ａを形成した軸２６と、それぞれの内周面に外輪軌道１１ａ、１１ａを形成した１対の外輪１０、１０とを複数の玉１２、１２を介して組み合わせると共に、これら各外輪１０、１０の間にばね３３を設けた複列玉軸受２８ｂに、請求項３に係る発明を適用する事もできる。このばね３３の両端部は、これら各外輪１０、１０の端部内周面に形成した係止溝３４、３４に係止したばね座３５、３５の側面に当接させている。そして、上記ばね３３の弾力により、各玉１２、１２に所定の予圧を付与する為の位置決めを行なっている。この様にして、図１０に示す複列玉軸受２８ｂは、外側部材に相当する、図示しないハウジングの内側に組み付けた状態で、定位置予圧法により上記各玉１２、１２に所定の予圧を付与する。即ち、図１０に示す複列玉軸受２８ｂを定位置予圧法により所定の予圧を付与した状態で使用する場合には、上記ハウジングの内側に組み付ける以前の状態で、予め上記ばね３３により、所定の接触角を持たせた状態で、上記各玉１２、１２に所定の予圧を付与しておく。そして、上記ハウジングに上記各外輪１０、１０を、所定の位置に圧入若しくは接着等により内嵌する事により、上記各玉１２、１２に所定の予圧を付与する。請求項３に係る発明は、この様な定位置予圧法により各玉１２、１２に予圧を付与した状態で使用する複列玉軸受２８ｂに適用した場合でも、保持器１５の各ポケット内での内径側及び外径側への各玉１２、１２の最大変位量のうちの小さい変位量δと、軸２６又は外輪１０に対する保持器１５の案内隙間の直径分ｃとを所定の関係を満たす様に規制する事により、保持器音及び回転非同期振れを抑える事ができると言った効果が顕著になる。尚、上記図１０に示す複列玉軸受２８ｂを組み立てた状態で、この複列玉軸受２８ｂを構成する各玉軸受１３ｂ、１３ｂの内部には、ラジアル方向の内部隙間が存在しないが、ばね３３を装着する以前の、軸２６と玉１２、１２と外輪１０、１０とを組み合わせた状態では、ラジアル方向の正の内部隙間が存在する。

本発明の実施例１の玉軸受を示す断面図。 内輪及び外輪を取り外した状態で示す、図１のＸ−Ｘ断面図。 第一の計算結果として、保持器の回転回数とこの保持器のラジアル方向の変位との関係を示す図。 玉軸受の断面を、各玉が円周方向に亙り均一に配置された状態で示す図。 同じく各玉が円周方向に亙り不等配になった状態で示す図。 第二の計算結果として、保持器の各ポケットに各玉を組み込んで軸受P.C.D.上に配置した状態からの、これら各玉の内径側及び外径側への最大変位量のうちの小さい変位量δと、上記保持器のラジアル方向の変位の両振幅の限界値Ａとの関係を示す図。 本発明の効果を確認すべく行なった第三の計算結果を示す、図３と同様の図。 本発明の対象となる軸受装置の第１例を示す断面図。 同第２例を示す断面図。 同第３例を示す断面図。 本発明の対象となる玉軸受により支承するスイングアームを組み込んだＨＤＤの１例を、カバーを外した状態で示す斜視図。 従来構造の１例の軸受装置を示す断面図。 図１２から保持器のみを取り出して示す斜視図。

符号の説明

１ ハードディスク
２ ヘッド
３ スイングアーム
４ 複列玉軸受ユニット
５ 基板
６ 支持軸
７ 内筒
８ 内輪
９ 内輪軌道
１０ 外輪
１１ 外輪軌道
１２ 玉
１３、１３ａ、１３ｂ 玉軸受
１４ シールド板
１５、１５ａ 保持器
１６ 主部
１７ ポケット
１８ 弾性片
１９ 凹面部
２０ 間座
２１ 段部
２２ ねじ
２３ 抑え板
２４ Ｅブロック
２５ ボイスコイルモータ
２６、２６ａ 軸
２７ 外輪
２８、２８ａ、２８ｂ 複列玉軸受
２９ 内輪
３０ 小径部
３１ 大径部
３２ 段部
３３ ばね
３４ 係止溝
３５ ばね座

Claims (3)

1. 内周面に外輪軌道を有する外輪相当部材と、外周面に内輪軌道を有する内輪相当部材と、これら外輪軌道と内輪軌道との間にそれぞれ転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を転動自在に保持する保持器とを備え、この保持器は、全体が円環状若しくは円筒状で、複数のポケットを円周方向に亙り間欠的に形成すると共に、上記内輪相当部材又は外輪相当部材により案内したものであり、上記保持器及び複数の玉のみを組み合わせた状態で、この保持器の中心軸をその中心とし、上記外輪軌道の底部の直径と内輪軌道の底部の直径との和の１／２をその直径とした円周上に上記各玉を配置した状態からの、これら各玉の内径側及び外径側への最大変位量のうちの小さい変位量をδとし、上記内輪相当部材又は外輪相当部材に対する上記保持器の案内隙間の直径分をｃとした場合に、ｃ≦１．９δを満たす玉軸受。
2. 請求項１に記載した玉軸受を備え、各玉を単列のみ設けた状態でこの玉軸受の内部にラジアル方向の正の内部隙間を設けており、各玉と外輪軌道及び内輪軌道とを所定の大きさの接触角で接触させつつ、これら各玉に予圧を付与した軸受装置。
3. 外輪相当部材又はこの外輪相当部材を内嵌固定する外側部材を構成する材料の線膨張係数を、内輪相当部材又はこの内輪相当部材を外嵌固定する内側部材を構成する材料の線膨張係数よりも大きくすると共に、各玉に定位置予圧法により予圧を付与した、請求項２に記載した軸受装置。

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