JP2006046585A

JP2006046585A - 転がり軸受装置及びスピンドルモータ

Info

Publication number: JP2006046585A
Application number: JP2004230914A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Kimura; 啓亮木村
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2004-08-06
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】例えば、ハードディスクドライブに用いられる音響性能に優れたスピンドルモータを提供する。
【解決手段】１５°以上の接触角αを有する一対の転がり軸受１３，１４を軸方向に離間させて配置してスピンドルモータ１０の回転体１５を支承する。一対の転がり軸受１３，１４の冠形保持器２１は、その開口部２１ｄを互いに内側に向けて配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受装置及びスピンドルモータに関し、より詳細には、音響性能に優れた、例えば、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）に用いられるに好適な転がり軸受装置及びスピンドルモータに関する。

例えば、ハードディスクドライブ等のスピンドルモータにおいて、ハブ等を支承する転がり軸受の保持器（冠形保持器）の組込み方向を規制して、スピンドルモータの回転非同期成分（ＮＲＲＯ）の低減を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載のスピンドルモータは、転動体を回動自在に保持する冠形保持器が転動体により吊り下げられる状態となる方向に装着することにより、回転中における冠形保持器の姿勢を安定させて回転非同期成分（ＮＲＲＯ）を低減させるようにしたものである。
特開２００１−２１８４１２号公報（第２−３頁、図１）

近年、ハードディスクドライブは、低消費電力、高容量化等の高性能化が要求されている。この要求に対応するため、スピンドルモータのハブ等の回転体を支承する転がり軸受は、消費電力低減のための低トルク化、高容量化のための回転非同期成分の低減等のさらなる高度化が必要となる。しかし、トルクおよび回転非同期成分に影響を及ぼす主な管理要因である封入グリース量や保持器と転動体との隙間（以下、ポケット隙間と称する）は、いずれも音響性能に関係する転がり軸受の潤滑性に対して不利な方向に設定する必要があるため、スピンドルモータの高性能化と音響性能とを両立させることが難しく、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、音響性能に優れた転がり軸受装置およびスピンドルモータを提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）内輪と、外輪と、該内輪及び該外輪間で円周方向に転動自在に配設された複数の転動体と、該転動体を回動自在に保持する冠形保持器と、をそれぞれ備えた一対の転がり軸受を有する転がり軸受装置であって、
前記各転がり軸受の接触角は１５°以上であり、且つ、前記一対の転がり軸受の各冠形保持器の開口部が互いに内側に向けられていることを特徴とする転がり軸受装置。
（２）前記転がり軸受は、前記転動体を前記冠形保持器のポケットの中心に位置させたとき、前記転動体と前記ポケットの内面との開口部側アキシャル方向隙間が、背面側アキシャル方向隙間の１．５倍以上であることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受装置。
（３）前記転がり軸受は、その空間容積の５〜１５％の量の潤滑剤が封入されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の転がり軸受装置。
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の転がり軸受装置により回転体を支承することを特徴とするスピンドルモータ。

本発明の転がり軸受装置及びスピンドルモータによれば、各転がり軸受の接触角を１５°以上とし、且つ、冠形保持器の開口部を互いに内側に向けられるようにしたので、回転中に転動体と接触する部分のポケット隙間を大きくすることができる。従って、潤滑性能の改善が図られて音響性能の劣化を軽減することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置及びスピンドルモータを図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態であるスピンドルモータの縦断面図、図２は図１における円ＩＩで囲まれた部分の拡大図、図３は冠形保持器の斜視図である。

図１に示されるように、本実施形態のスピンドルモータ１０では、モータ台座１１の中央に立設された固定軸１２に、転がり軸受装置を構成する軸方向に離間して配置された一対の深溝玉軸受（転がり軸受）１３、１４を介して、回転体であるハブ１５が回転自在に取り付けられている。モータ台座１１の外周部１１ａには、ステータ１６が固定されている。また、ハブ１５の内周面１５ａには、ロータ磁石１７がステータ１６と所定の隙間を隔てて固着されており、ステータ１６とロータ磁石１７とによりモータが構成されている。

深溝玉軸受１３，１４はそれぞれ、図２と併せて示されるように、固定軸１２に外嵌される内輪１８と、ハブ１５に内嵌される外輪１９と、内輪１８及び外輪１９間で円周方向に転動自在に配置された転動体である複数の玉２０と、玉２０を回動自在に保持する冠形保持器２１と、外輪１９の軸方向両端部内周面に取り付けられた一対のシール部材２２とを備える。また、深溝玉軸受１３，１４は、矢印Ａで示される方向からの予圧が内輪１８に付与されるようにした定位置予圧となっており、各深溝玉軸受１３，１４の接触角αは１５°以上に設定されている。さらに、深溝玉軸受１３，１４の各軸受空間内には空間容積の５〜１５％の量の潤滑剤が封入されている。

図３に示すように、冠形保持器２１は、軸方向の一端に設けられた円環部２１ａと、円環部２１ａから軸方向に立設された複数の弾性片２１ｂとからなり、合成樹脂によって一体に形成されている。また、冠形保持器２１は、各玉２０を転動自在に保持する複数のポケット２１ｃが円周方向に所定の間隔で形成されている。これらのポケット２１ｃは、隣接する一対の弾性片２１ｂの先端間を外部に開放した開口部２１ｄと、一対の弾性片２１ｂとその間に設けられた凹状の背面部２１ｅとで構成される球状凹面とした内周面とを備え、また、その曲率半径は玉２０の曲率半径よりも僅かに大きく設定される。

図１に示されるように、本実施形態の一対の冠形保持器２１は、その開口部２１ｄを対向させ互いに内側に向けて、換言すれば、開口部２１ｄをスピンドルモータ１０の中心方向に向けて配置されている。これにより、開口部２１ｄを内側に向けて配置された冠形保持器２１の内周面の接触角位置Ｐ１は、ポケット２１ｃの中心位置よりも背面部２１ｅ側、即ち、開口部２１ｄの反対側に位置する。また、図２（ｂ）に示すように、玉２０とポケット２１ｃの内周面とのアキシャル方向隙間は、玉２０をポケット３５ｄの中心に位置させたとき、弾性片２１ｂの先端での開口部側アキシャル方向隙間Ｃ１が、背面部２１ｅの底部での背面側アキシャル方向隙間Ｃ２の１．５倍以上となるように設定されている。

ここで、冠形保持器２１の組込み方向、換言すれば、スピンドルモータへの深溝玉軸受１３，１４の組込み方向によって冠形保持器２１の内周面の接触角位置が異なり、ポケット隙間が変化することがわかる。即ち、図６の右半部に示すように、冠形保持器２１の開口部２１ｄが内側に向けて配置された場合（スピンドルモータ１０）は、冠形保持器２１の内周面の接触角位置Ｐ１がポケット２１ｃの中心位置よりも背面側に位置する。

一方、図４及び図５に示されるように、冠形保持器の組込み方向のみを本実施形態のスピンドルモータと異ならせ、冠形保持器２１の開口部２１ｄが外側に向けて配置された場合には、図６の左半部に示されるように、冠形保持器２１の内径面の接触角位置Ｐ２がポケット２１ｃの中心位置よりも開口部側に位置する。従って、この接触角位置におけるポケット隙間は、冠形保持器２１の開口部２１ｄが内側に向けて配置されたものの方が、冠形保持器２１の開口部２１ｄが外側に向けて配置されたものより大きくなる。また、転がり軸受１３，１４の接触角αを１５°以上とすることで、このポケット隙間の大きさは顕著となる。

従って、本実施形態のように、ポケット隙間を大きくすることで、玉２０と冠形保持器２１のポケット２１ｃとの潤滑性に有利に作用して音響性能の劣化が軽減される。また、アキシャル方向ポケット隙間において、開口部側アキシャル方向隙間Ｃ１を背面側アキシャル方向隙間Ｃ２の１．５倍以上とすることにより、冠形保持器２１の開口部２１ｄを内側に向けて配置した効果が、更に高められ、音響性能を向上させることができる。

本実施形態のスピンドルモータ１０によれば、スピンドルモータ１０の回転体を支承する一対の転がり軸受１３，１４の接触角αを１５°以上とし、且つ冠形保持器２１の開口部２１ｄを互いに内側に向けるようにしたので、回転中に接触する部分のポケット隙間を大きくすることができる。従って、潤滑性を改善して音響性能の劣化を軽減することができる。

また、本実施形態のスピンドルモータ１０によれば、スピンドルモータ１０の回転体を支承する転がり軸受１３，１４の転動体２０を冠形保持器２１のポケット２１ｃの中心に位置させたとき、転動体２０とポケット２１ｃの内面との開口部側アキシャル方向隙間Ｃ１が、背面側アキシャル方向隙間Ｃ２の１．５倍以上としたので、冠形保持器２１の開口部２１ｄを内側に向けて配置してポケット隙間を大きくする効果を更に顕著にして、音響性能を向上させることができる。

更に、本実施形態のスピンドルモータ１０によれば、スピンドルモータ１０の回転体を支承する転がり軸受１３，１４内に、軸受内の空間容積の５〜１５％の量の潤滑剤を封入するようにしたので、転がり軸受１３，１４の潤滑を長期間に亘って良好な状態に維持することができる。これにより、スピンドルモータ１０の静粛な回転が可能となる。

本発明の効果を確認するため、本発明のスピンドルモータに係る実施例と、該実施例と比較する比較例について説明する。実施例及び比較例ともに、図７に示す試験用スピンドルモータ１００に供試転がり軸受を所定の方向に組み込み、試験時間の経過と共に変化する音響を測定した。試験用スピンドルモータ１００の構成は、本実施形態のスピンドルモータ１０の構成と同様であるので、同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

実施例の試験においては、図１のスピンドルモータ１０と同様、冠形保持器２１の開口部２１ｄが互いに内側となるように一対の供試転がり軸受１３，１４を組み込み、比較例の試験においては、図４のスピンドルモータと同様、冠形保持器２１の開口部２１ｄが互いに外側となるように一対の供試転がり軸受１３，１４を組み込んだ。そして、略３０００時間連続回転させながら所定時間ごとに騒音を測定した。測定された騒音値の変化量（上昇量）を運転初期の騒音値で除して無次元化して評価した。

試験結果を図８に示す。図８に示すように、冠形保持器２１の開口部２１ｄを外側に向けて配置した比較例の試験用スピンドルモータ１００の音響劣化は、３０００時間運転後に略１００％となったのに対して、冠形保持器２１の開口部２１ｄを内側に向けて配置した実施例の試験用スピンドルモータ１００の音響劣化は、３０００時間運転後においても８０％以下に留まり、音響劣化が軽減されていることが分かる。従って、本発明の有効性が実証された。

尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

本発明の実施形態であるスピンドルモータの縦断面図である。図１における円ＩＩで囲まれた部分の拡大図である。冠形保持器の斜視図である。冠形保持器の開口部が外側に向けて配置された転がり軸受の組付け状態を示す概略構成図である。図４における円Ｖで囲まれた部分の拡大図である。冠形保持器の組付け方向により保持器内径部におけるポケット内面と転動体との接触位置が異なることを示す模式図である。比較試験に用いたスピンドルモータの縦断面図である。音響劣化比較試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１０スピンドルモータ
１３，１４転がり軸受
１８内輪
１９外輪
２０玉（転動体）
２１冠形保持器
２１ｃポケット
２１ｄ開口部
Ｃ１開口部側アキシャル方向隙間
Ｃ２背面側アキシャル方向隙間
α 接触角

Claims

内輪と、外輪と、該内輪及び該外輪間で円周方向に転動自在に配設された複数の転動体と、該転動体を回動自在に保持する冠形保持器と、をそれぞれ備えた一対の転がり軸受を有する転がり軸受装置であって、
前記各転がり軸受の接触角は１５°以上であり、且つ、前記一対の転がり軸受の各冠形保持器の開口部が互いに内側に向けられていることを特徴とする転がり軸受装置。
前記転がり軸受は、前記転動体を前記冠形保持器のポケットの中心に位置させたとき、前記転動体と前記ポケットの内面との開口部側アキシャル方向隙間が、背面側アキシャル方向隙間の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
前記転がり軸受は、その空間容積の５〜１５％の量の潤滑剤が封入されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受装置により回転体を支承することを特徴とするスピンドルモータ。