JP2011134379A - 軸受装置および磁気ディスク用スイングアーム組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受装置として組み上げた後に共振周波数の微調整を行うことが可能な技術を提供する。
【解決手段】円筒形状の内側部材３の内周に転がり軸受６、７を保持させ、転がり軸受６、７により、シャフト８を回転自在に保持する。内側部材３の外周には、ネジ構造により噛み合った円筒形状の外側部材５が取り付けられており、外側部材５の先端は、内側部材３のフランジ１１に突き当たっている。内側部材３に対する外側部材５の締め付けの状態を変えることで、転がり軸受６と７との間隔が変化し、ピボットアッシー軸受装置１００の共振周波数の調整が行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、共振周波数の微調整が行える軸受装置および磁気ディスク用スイングアーム組立体に関する。

共振周波数の調整が可能な軸受として、特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１には、軸受ユニットをシャフトとスリーブとの間に圧入して固定する際に、軸受ユニットのアキシアル共振周波数を測定しつつ圧入を行うことで、アキシアル周波数を所定の値に調整する技術が記載されている。

また、特許文献２には、磁気ディスク用のアームを支持する軸受構造において、軸受ユニットのハウジング外径部またはアーム内径部のいずれか一方に、両者を離間させる段差（逃げ）を設けることで、軸受に作用する外力を小さくし、トルク変動を低減し、低トルク化する構成が記載されている。

特開２００２−３２７７６５号公報 特開２００２−１５７８４８号公報

特許文献１に記載されている技術では、アキシアル周波数を測定しつつ軸受ユニットを固定する作業を行うもので、軸受装置として組み上げた後にアキシアル周波数の微調整は行えない。このような背景において、本発明は、軸受装置として組み上げた後に共振周波数の微調整を行うことが可能な技術を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、シャフトと、前記シャフトを回転自在な状態で支持する軸方向で離間して配置された複数の転がり軸受と、前記複数の転がり軸受を内側に保持し、外周の一部に第１のネジ溝が形成された第１の筒部材と、前記第１の筒部材の前記第１のネジ溝に噛み合う第２のネジ溝が内周に形成され、前記第１の筒部材の外周に前記第１のネジ溝と前記第２のネジ溝との噛み合いにより取り付けられた第２の筒部材と、前記第１の筒部材の外周に設けられ、前記第２の筒部材の一部が接触することで、前記第２の筒部材の前記第１の筒部材に対する軸方向における相対的な移動を規制する規制部とを備えることを特徴とする軸受装置である。

請求項１に記載の発明によれば、第２の筒部材を第１の筒部材にネジ溝の機能を利用して噛み合わせ、第２の筒部材の一部を規制部に接触させた状態において、第２の筒部材の第１の筒部材に対する締め付け状態を調整すると、第１の筒部材の内周に保持された複数の転がり軸受の軸方向における間隔に影響が及び、当該軸受装置の共振周波数の調整が可能となる。この共振周波数の調整は、当該軸受装置の組立終了後に行うことができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第１のネジ溝および前記第２のネジ溝が形成されていない領域において、前記第１の筒部材の外周と前記第２の筒部材の内周との間に隙間が形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、第２の筒部材に加わる外力が、第１の筒部材の外周と第２の筒部材の内周との間に設けられた隙間で緩和され、第１の筒部材に直接加わらない。このため、上記の外力による第１の筒部材の内側に保持された複数の転がり軸受の外輪の変形や外輪の軌道溝形状の変形が抑えられ、この変形に起因する軸受装置の回転トルクの変動が生じ難い構造が得られる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記第１の筒部材に対する前記第２の筒部材の締め付けが調整されることで、共振周波数の調整が行われ、前記共振周波数の調整の範囲が、前記隙間が形成されている部分における前記第１の筒部材の厚みにより調整されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、磁気ディスク用スイングアームと、前記磁気ディスク用スイングアームを回転自在な状態で支持する請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受装置とを備えることを特徴とする磁気ディスク用スイングアーム組立体である。

請求項５に記載の発明は、磁気ディスク用スイングアームと、前記磁気ディスク用スイングアームを回転自在な状態で支持する請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受装置とを備え、前記第２の筒部材の外周に、前記スイングアームの前記軸受装置への取り付けを行うためのネジの先端が接触していることを特徴とする磁気ディスク用スイングアーム組立体である。

請求項１に記載の発明によれば、軸受装置として組み上げた後に共振周波数の微調整を行うことが可能な軸受装置が得られる。

請求項２に記載の発明によれば、第２の筒部材に加わる外力により生じる回転トルクの変動が生じ難い軸受装置が得られる。

請求項３に記載の発明によれば、共振周波数の調整範囲の広がった軸受装置が得られる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１の優位性を備えたスイングアーム組立体が得られる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１の優位性を備え、ネジによるスイングアームの取り付けの際に生じる回転トルクの変動が小さいスイングアーム組立体が得られる。

実施形態のピボットアッシー軸受装置の概要を示す断面図である。 実施形態のピボットアッシー軸受装置を利用した磁気ディスク用のスイングアーム組立体の概要を示す断面図である。 実施形態のピボットアッシー軸受装置の概要を示す断面図である。

（１）第１の実施形態
（軸受装置の構造）
図１には、実施形態のピボットアッシー軸受装置１００が示されている。ピボットアッシー軸受装置１００は、磁気ディスク装置の磁気ヘッドが先端に取り付けられたスイングアームの回転軸（揺動軸）を支持する軸受装置である。シャフト８の軸中心の部分には、雌螺子部１０が設けられ、この雌螺子部１０を利用して、シャフト８が磁気ディスク装置のベース（図示省略）に固定される。そして、スイングアーム（図示省略）が後述する外側部材５に取り付けられ、スイングアームがシャフト８を軸として回転可能な構造とされる。

シャフト８は、軸方向において離間して配置された転がり軸受６、７により、円筒形状の内側部材３の内側に回転自在な状態で保持されている。転がり軸受６の内輪１２と転がり軸受７の内輪１３とが、シャフト８の外周に固定され、転がり軸受６の外輪１４と転がり軸受７の外輪１５とが、内側部材３の内周に固定されている。シャフト８の一端側（図の下端側）の外周面には、フランジ９が設けられており、シャフト８の軸方向（図の上方向）への移動を規制している。

内側部材３の内周面は、転がり軸受６および７を軸方向において離間して位置決めするためのスペーサ部１７を備えている。スペーサ部１７は、内径が縮径された構造を有し、上下の縁が外輪１４、１５に接触することで、転がり軸受６および７の軸方向における位置決めを行う構造とされている。

内側部材３の一端部（図の上端側）近くの外周には、雄螺子部２が形成され、この雄螺子部２に円筒形状の外側部材５の内周に設けられた雌螺子部４が噛み合っている。雌螺子部４も外側部材５内周の一端部（図の上端側）近くに設けられている。この構造により、内側部材３の外側に外側部材５が螺子構造により螺合された状態で取り付けられた構造とされている。

内側部材３の外側に外側部材５がネジ構造により締め付けられて取り付けられることで、内側部材３と外側部材５とが一体化され、スリーブ組立体１を構成している。スリーブ組立体１は、一対の転がり軸受６、７の機能により、シャフト８に対して相対的に回転自在な状態とされている。

内側部材３の一端側（図の下端側）の外周部分には、フランジ１１が設けられている。フランジ１１は、外側部材５を内側部材３に対して回転させ、締め付けを行う際に、外側部材５の一端側（図の下端側）が突き当たり、内側部材３に対する外側部材５の軸方向（図の下向きの方向）への動きを規制する構造とされている。

外側部材５の他端側（図の上端側）には、トルクドライバーの先端が入るスリット２１が設けられている。このスリット２１に図示しないトルクドライバーの先端を入れ、外側部材５を内側部材３に対して回転させることで、螺子の作用により、内側部材３に対する外側部材５の締め付けが行われる。この際の締め付けの状態を調整することで、軸受装置１００の共振周波数の調整が行われる。この共振周波数を調整する原理は後述する。

内側部材３において、雌螺子部４が設けられた部分以外の内径は、外側部材５の雄螺子部２以外の内側部材３の外径より大きな寸法とされている。これにより、外側部材５の雌螺子部４以外の内周面と内側部材３の雄螺子部２以外の外周面の間には、数十μｍの隙間が形成されている。

（軸受装置の組立方法）
以下、軸受装置１００の組立方法の一例を説明する。作業を開始するに当たって、予め内側部材３の外側に外側部材５を螺合させ、スリーブ組立体１を組み立てておく。まず、フランジ９が設けられたシャフト８の一端側（図の下側）外周面に接着剤を塗布する。そして、転がり軸受７の内輪１３の端面がフランジ９に当接する状態とし、内輪１３をシャフト８の外周面に嵌合させる。接着剤は、紫外線硬化型接着剤、嫌気性接着剤、熱硬化型接着剤等の中から適宜選択して使用することができる。

次に、一端側（図の下側）の外周部分にフランジ１１が設けられた内側部材３の他端側（図の上側）の内周面に接着剤を塗布する。そして、転がり軸受６の外輪１４の端面をスペーサ部１７の上側の段差部分に当接させ、外輪１４を内側部材３の内側に嵌合させる。次に、シャフト８の他端側（図の上側）の外周面と内側部材３の一端側（図の下側）内周面に接着剤を塗布し、シャフト８の他端側(図の上側)に内輪１２を嵌合させ、且つ、内側部材３の一端側（図の下側）の内側に転がり軸受７の外輪１５を嵌合させる。

この状態において、シャフト８の他端側（図の上側）に嵌合された内輪１２の端面に軸方向（図の下向きの方向）における圧力を加え、その状態を維持させながら接着剤を硬化させる。なお、内輪１２の端面に加える圧力は、要求される共振周波数を得るのに必要な値として予め実験的に求められているものを選択する。

（共振周波数の調整）
上記の方法により、ピボットアッシー軸受装置１００が組み立てられ、予め定められた共振周波数とされるのであるが、上記の組立方法では、共振周波数のバラツキが大きく、複数の軸受装置を製造した場合に、要求される周波数範囲に収まらない製品が製造される頻度が大きい。

この問題に対処するために、本実施形態のピボットアッシー軸受装置１００は、上記の組立作業の完了後に、共振周波数の調整が行える構造とされている。この共振周波数の調整は、外側部材５の内側部材３に対する締め付けを調整することで行われる。

具体的には、治具により固定した内側部材３のフランジ１１に、外側部材５の一端面（図の下側の縁部）を当接させた状態（図１の状態）において、外側部材５の他端面側（図の上側）に設けられたスリット２１にトルクドライバーの先端を入れ、外側部材５の内側部材３に対する締め付けの状態を調整する。

この作業において、外側部材５の内側部材３に対する締め付けを強くすると、フランジ１１により外側部材５は、内側部材３に対して軸方向に移動できないので、螺子構造の噛み合い作用により、内側部材３の外周側は軸方向に圧縮される。この際、内側部材３の内周側には、外周側の圧縮に対する反力が作用し、転がり軸受６と転がり軸受７との軸方向における間隔が大きくなる（例えば、数μｍオーダーで大きくなる）。この作用は、外側部材５の内側部材３に対する締め付けを弱めると、逆の傾向となる。

この転がり軸受６と転がり軸受７との軸方向における間隔の変化に起因して、共振周波数が変化する。このため、トルクドライバーによる上述した外側部材５の内側部材３に対する締め付け状態の調整を行うことで、ピボットアッシー軸受装置１００の共振周波数の調整を行うことができる。

実際の作業では、上述した組立方法により組み立てたピボットアッシー軸受装置１００の共振周波数を、ＦＦＴ解析を用いた測定器により測定する。この測定値が要求されている共振周波数の範囲から外れていたら、外側部材５の他端面側に設けられたスリット２１にトルクドライバーの先端を入れ、外側部材５の内側部材３に対する締め付け状態の調整を行い、共振周波数が目標とする範囲内となるようにする。

共振周波数の調整の終了後、緩み防止のため雄螺子部２または雌螺子部４の端部に接着剤を塗布し、それを硬化させることで、内側部材３と外側部材５とを相互に固定し、共振周波数の変動が生じないようにする。

以上述べたように、ピボットアッシー軸受装置１００は、組立終了後に共振周波数の微調整を行うことができる。このため、共振周波数の偏差の少ない品質の揃ったピボットアッシー軸受装置を製造することができる。あるいは共振周波数の精度を追及したピボットアッシー軸受装置を製造することができる。

（評価）
上述した製造方法により製造したピボットアッシー軸受装置１００を１０サンプル用意し、共振周波数の測定を行った。ここでは、９．５００ｋＨｚ±１．２５０ｋＨｚの範囲となるように組立時に共振周波数の設定を行ったサンプルを用意した。この組立時における共振周波数の設定というのは、上述した製造工程における接着剤を硬化させる際の内輪１２への軸方向における圧力による共振周波数の設定のことである。

下記表１に測定結果を示す。表１において、調整前というのは、外側部材５の内側部材３に対する締め付け状態の調整による共振周波数の調整（つまり、組立終了後における共振周波数の調整）を行う前の状態の測定値である。調整後というのは、外側部材５の内側部材３に対する締め付け状態の調整による共振周波数の調整（つまり、組立終了後における共振周波数の調整）を行った後における測定値である。なおここで、外側部材５の内側部材３に対する締め付け状態の調整による共振周波数の調整は、共振周波数が、９．８００ｋＨｚ±０．６５０ｋＨｚの範囲となるように行った。

表１を見ると、調整前のサンプルでは、共振周波数の最大値と最小値の差が１．２００ｋＨｚと大きいのに対して、調整を行うことで、共振周波数の最大値と最小値の差が０．４６０ｋＨｚと小さくなっている。この結果から、組立の終了後に、外側部材５の内側部材３に対する締め付け状態の調整を行い、共振周波数の調整を行うことで、共振周波数のバラツキの差が小さいピボットアッシー軸受装置が得られることが分かる。

（変形例）
スペーサ部１７の厚みを変えることで、外側部材５と内側部材３の締め付けトルクによって調整可能な周波数範囲が広がり、共振周波数の最大値と最小値の差が更に小さくなったピボットアッシー軸受装置を提供することが可能となる。

また、図３に示すようにスペーサ部１７が設けられている内側部材３の外周に溝(縮径部)２２を設け、スペーサ部１７の厚みを変えることで、共振周波数の調整を行うこともできる。この際、溝２２の部分が、第２の実施形態で説明するスイングアームの取り付け用のネジの先端方向にある位置関係とすることで、このネジの締め付けによる回転トルクの変動がより生じ難い構造とできる。

図１の構造において、転がり軸受の数は、２つに限定されず、３つ以上であってもよい。フランジ１１は、全周に亘る構造に限定されず、部分的に設けられた構造であってもよい。

図１には、磁気ディスク装置のスイングアームの軸を支持する軸受の例を示したが、本発明の軸受装置が受ける軸は磁気ディスク装置のスイングアームに限定されず、軸受であれば、多様な用途に適用することができる。

（２）第２の実施形態
図２には、スイングアーム組立体２００が示されている。スイングアーム組立体２００は、図１に示すピボットアッシー軸受装置１００を利用して、磁気ディスク装置におけるスイングアームを回転自在な状態で保持する構造を有している。磁気ディスク装置におけるスイングアームは、高速で微小揺動し、目標トラックへのアクセスの高速化と位置決め精度が強く求められる。このため、軸受に高い精度が要求される。また、スイングアームの動きは、軸受の共振周波数の影響を受けるので、軸受の周波数の偏差がより小さいことが要求される。さらに、軸受にスイングアームを取り付ける作業の際に、トルク変動が極力生じないような構造であることが望まれる。

図２に示すスイングアーム組立体２００は、図１に示すピボットアッシー軸受装置１００にアーム１８を取り付けた構造を有している。アーム１８は、磁気ディスクへのデータの書き込み、および磁気ディスクからの情報の読み取りを行うための磁気ヘッドをその先端に備えている。

アーム１８の軸部分は、貫通孔１９が設けられている。この貫通孔１９に、図１に示すピボットアッシー軸受装置１００が嵌め込まれている。符号２３の部分は、上記空洞部分に達するネジ孔である。上記アーム１８の貫通孔１９にピボットアッシー軸受装置１００を嵌め込んだ状態において、ネジ孔２３に螺子２０をねじ込み、それを締め付けることで、ピボットアッシー軸受装置１００へのアーム１８の取り付けが行われている。この際、螺子２０の先端が、ピボットアッシー軸受装置１００に接触する。この螺子２０のピボットアッシー軸受装置１００への接触位置は、図１の雄螺子部２と雌螺子部４とが噛み合った部分を避け、内側部材３と外側部材５との間に設けられた隙間の部分とされている。

ピボットアッシー軸受装置１００は、雌螺子部１０を利用して図示省略した磁気ディスク装置のベースに固定される。これにより、転がり軸受６および７の機能により、アーム１８は、シャフト８を軸として図示省略した磁気ディスク装置のベースに対して回動自在な状態となる。

図１に関連して説明したように、ピボットアッシー軸受装置１００は、内側部材３とその外周にねじ込まれた外側部材５の２つの筒部材を備えている。そして、雄螺子部２と雌螺子部４の部分以外の部分では、内側部材３と外側部材５との間に数十μｍの隙間が形成されている。

図２に示す構造において、ネジ２０を締め付けると、ネジ２０の先端が外側部材５の外周に接触し、外側部材５を軸中心に向かって押す。この力は、上記の隙間があるため、内側部材３には直接作用しない。そのため、ネジ２０を締め付けることによるピボットアッシー軸受装置１００の転がり軸受６および７の外輪１４、１５の変形、および外輪１４、１５の軌道溝形状の変形が生じ難く、これらの変形に起因するトルク変動が抑えられる。つまり、ネジ２０を締めることで生じるピボットアッシー軸受装置１００のトルク変動が生じがたい構造が得られる。

（評価）
図２のスイングアーム組立体２００におけるネジ２０の締め付けによるトルクへの影響を測定した結果を以下に示す。まず、比較のために用意した比較例の構造を説明する。比較例は、スイングアーム組立体２００において、スリーブ組立体１を内側部材３と外側部材５とに分離せず最初から一体の部品としたものである。当然、雄螺子部２や雌螺子部４、その他の隙間部分は設けられていない。なお、それ以外の構造は、スイングアーム組立体２００と同じとした。

表２には、上記比較例とスイングアーム組立体２００（実施形態２と表記）におけるネジ２０の締め付けトルクとスイングアームの回転トルクとの関係が示されている。なお、測定結果は、サンプル１０個における平均値である。ここで、回転トルクというのは、スイングアームを外力によって回転させた際に受ける抵抗をトルクとして測定した値のことである。回転トルクが変動すると、同じ力でスイングアームを動かしてもその動きの範囲や速度が異なるので、スイングアームの位置決め精度やスイング速度に悪影響が出る。よって、回転トルクが何らかの影響で変動することは好ましくない。

表２には、ネジ２０の締め付けトルクを０．１kgf・cm、２．０kgf・cm、３．０kgf・cmと３段階に変化させた場合におけるスイングアームの回転に要する回転トルクの値を測定した結果が示されている。表２から明らかなように、ネジ２０の締め付けを強くすることで、スイングアームの回転トルクは上昇する。この際、比較例における回転トルクの上昇の程度が、実施形態２に比較して極めて大きいことが分かる。

この違いは、比較例ではネジ２０を締め付けることで、転がり軸受６、７の外輪１４、１５に外力が直接的に作用し、それに起因して外輪１４、１５の変形および外輪１４、１５の軌道溝形状の変形の度合いが大きくなり、それが回転トルクに大きな影響を及ぼした結果であると考えられる。

一方、実施形態の構造では、内側部材３と外側部材５の間に隙間があり、その部分でネジ２０からの外力が外側部材５に作用するので、この外力の内側部材３への波及が、上記隙間の存在により緩和される。このため、外輪１４、１５の変形および外輪１４、１５の軌道溝形状の変形の度合いが小さく、その結果として、回転トルクの変動が抑えられているものと考えられる。

このように、アーム１８の取り付け作業に起因する回転トルクの変動が抑えられることで、目標トラックへのアクセスの高速化と位置決め性能の高精度化が可能となる。

本発明は、軸受構造およびこの軸受構造を利用した各種の製品に利用することができる。

１００…ピボットアッシー軸受装置、１…スリーブ組立体、２…雄螺子部、３…内側部材、４…雌螺子部、５…外側部材、６…転がり軸受、７…転がり軸受、８…シャフト、９…フランジ、１０…雌螺子部、１１…フランジ、１２…内輪、１３…内輪、１４…外輪、１５…外輪、１６…転動体、１７…スペーサ部、１８…アーム、１９…貫通孔、２０…ネジ、２１…スリット、２２…溝、２００…スイングアーム組立体。

Claims (5)

1. シャフトと、
   前記シャフトを回転自在な状態で支持する軸方向で離間して配置された複数の転がり軸受と、
   前記複数の転がり軸受を内側に保持し、外周の一部に第１のネジ溝が形成された第１の筒部材と、
   前記第１の筒部材の前記第１のネジ溝に噛み合う第２のネジ溝が内周に形成され、前記第１の筒部材の外周に前記第１のネジ溝と前記第２のネジ溝との噛み合いにより取り付けられた第２の筒部材と、
   前記第１の筒部材の外周に設けられ、前記第２の筒部材の一部が接触することで、前記第２の筒部材の前記第１の筒部材に対する軸方向における相対的な移動を規制する規制部と
   を備えることを特徴とする軸受装置。
2. 前記第１のネジ溝および前記第２のネジ溝が形成されていない領域において、前記第１の筒部材の外周と前記第２の筒部材の内周との間に隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記第１の筒部材に対する前記第２の筒部材の締め付けが調整されることで、共振周波数の調整が行われ、
   前記共振周波数の調整の範囲が、前記隙間が形成されている部分における前記第１の筒部材の厚みにより調整されていることを特徴とする請求項２に記載の軸受装置。
4. 磁気ディスク用スイングアームと、
   前記磁気ディスク用スイングアームを回転自在な状態で支持する請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受装置と
   を備えることを特徴とする磁気ディスク用スイングアーム組立体。
5. 磁気ディスク用スイングアームと、
   前記磁気ディスク用スイングアームを回転自在な状態で支持する請求項１〜３のいずれか一項に記載の軸受装置と
   を備え、
   前記第２の筒部材の外周に、前記スイングアームの前記軸受装置への取り付けを行うためのネジの先端が接触していることを特徴とする磁気ディスク用スイングアーム組立体。

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