JP3047764B2

JP3047764B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP3047764B2
Application number: JP7051156A
Authority: JP
Inventors: 泰之武藤; 達信桃野; 万朶野田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2015-06-05
Also published as: JPH08247153A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る転がり軸受は、例
えば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）等の回転支持部分を構成する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＤＤやＶＴＲ等の回転支持部分は、例
えば図１に示す様な転がり軸受により構成される。第一
の軌道輪である外輪１はその内周面に第一の軌道である
外輪軌道２を、第二の軌道輪である内輪３はその外周面
に第二の軌道である内輪軌道４を、それぞれ有する。こ
れら外輪軌道２と内輪軌道４との間には複数の転動体
（玉）５、５を転動自在に設けて、上記外輪１と内輪３
との相対回転を自在としている。これら各転動体５、５
は、保持器６によって転動自在に保持されている。

【０００３】この様に構成される転がり軸受のうち、Ｈ
ＤＤやＶＴＲに組み込むものには、きわめて高度の回転
精度を要求される。例えばＨＤＤ用のモータスピンドル
に組み込まれる転がり軸受（ミニアチュアベアリング）
の場合には、このモータスピンドルにより回転駆動され
る磁気ディスク上の情報を磁気ヘッドが的確に読み取れ
る様にする為に、高度の回転精度が必要になる。この為
に従来から、上記モータスピンドルに組み込まれる転が
り軸受を構成する転動体５、５の真球度を高めると共
に、各転動体５、５の転動面並びに上記各軌道２、４の
加工誤差を最小限に抑える様にしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、転がり
軸受を構成する外輪１内周面の外輪軌道２及び内輪３外
周面の内輪軌道４には、加工上避けられない微小な凹凸
（うねり）が存在する。そして、外輪１の外周面と内輪
３の内周面との距離は、このうねりに基づき、上記各転
動体５、５の回転に伴って微妙に変化する。この結果、
外輪１の外周面に対する内輪３の内周面（或は内輪３の
内周面に対する外輪１の外周面）の位置関係が、図２に
曲線で示す様に、微妙に変化する、所謂振れが発生す
る。尚、図２の縦軸に表した変位量は、転がり軸受の振
動振幅である。この様な振れは、内輪３（或は外輪１）
が１回転する毎に繰り返され、しかも１回転毎に振れの
量（変位量）及び位置が微妙に異なる、所謂非回転同期
振れδが生じる。言い換えれば、上記外輪１と内輪３と
の位置関係が回転毎に再現性なく異なる振動が発生す
る。この結果、磁気ディスクへの情報の集積度を高める
と、磁気ヘッドによる読み書き誤差を発生する可能性が
生じる。この為、ＨＤＤの高密度化は、転がり軸受の性
能面から制約を受ける事になる。

【０００５】これらから明らかな通り、ＨＤＤの高密度
化を図る為には、転がり軸受の非回転同期振れを小さく
する必要がある。又、この非回転同期振れを小さくする
為には、外輪軌道２及び内輪軌道４の真円度を向上さ
せ、これら各軌道２、４のうねりを小さくすれば良い。
ところが、外輪軌道２及び内輪軌道４の加工精度を向上
させる事は、限界に近くなっており、これら各軌道２、
４の真円度を向上させる事で上記非回転同期振れを小さ
くする事は難しいのが現状である。又、仮に真円度を向
上させられたとしても、コストが嵩み、得られた外輪軌
道２及び内輪軌道４を組み込んだ転がり軸受、延てはこ
の転がり軸受を組み込んだＨＤＤの製造コストを高くし
てしまう。

【０００６】本発明の転がり軸受は、この様な事情に鑑
みて発明したもので、外輪１内周面の外輪軌道２及び内
輪３外周面の内輪軌道４の真円度を特に向上させなくて
も、非回転同期振れを小さくできる転がり軸受を提供す
るものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の転がり軸受は、
従来から知られた転がり軸受と同様に、第一の軌道を有
する第一の軌道輪と、第二の軌道を有する第二の軌道輪
と、上記第一の軌道と第二の軌道との間に転動自在に設
けられたＺ個の転動体とを備える。そして、上記各軌道
に微小なうねりが存在する。

【０００８】特に、本発明の転がり軸受に於いては、ｎ
を正の整数とした場合に、上記軌道の１円周当たりの
（ｎＺ）山のうねりの片振幅（正弦波的に変化する形状
の変位振幅の半値）の最大値、（ｎＺ＋１）山のうねり
の片振幅の最大値及び（ｎＺ−１）山のうねりの中の片
振幅の最大値が何れも、（ｎＺ＋２）以上の山のうねり
の片振幅の最大値よりも小さい事が、少なくとも一方の
軌道輪に関し、少なくとも１個のｎの値に就いて成立す
る。

【０００９】

【作用】上述の様に構成される本発明の転がり軸受の場
合には、振動特性により大きな悪影響を及ぼす（ｎＺ）
山のうねりの片振幅の最大値、（ｎＺ＋１）山のうねり
の片振幅の最大値及び（ｎＺ−１）山のうねりの片振幅
の最大値が何れも小さい為、非回転同期振れを小さくで
きる。（ｎＺ＋２）以上の山のうねりの片振幅の最大値
が振動特性に悪影響を及ぼす程度は小さい為、これら
（ｎＺ＋２）以上の山のうねりの片振幅の最大値を現状
に比べて小さくする必要はない。従って、軌道の真円度
を特に向上させなくても、振動特性を向上させて、非回
転同期振れを小さくできる。

【００１０】（ｎＺ）山のうねりの片振幅の最大値及び
（ｎＺ±１）山のうねりの片振幅の最大値が何れも小さ
い為、（ｎＺ＋２）以上の山のうねりの片振幅の最大値
を現状に比べて小さくしなくても、振動特性を向上させ
られる理由は、次の通りである。図１に示す様な深溝型
の玉軸受、或はアンギュラ型の玉軸受に一定のアキシャ
ル荷重（例えば予圧）を付与しつつ、内輪３を回転させ
た場合には、この内輪３が外輪１に対して、次の表１に
示す様な周波数で振動する事が知られている。

【００１１】

【表１】

【００１２】この表１中、ｎは正の整数、Ｚは転動体
５、５の数、ｆ_r は内輪３の回転速度（Hz）、ｆ_c は保
持器の回転速度（Hz）、ｆ_i ＝ｆ_r −ｆ_c である。この
表１の記載から明らかな通り、内輪３は外輪１に対し
て、ラジアル方向に亙っては（ｎＺ＋１）なる山数のう
ねり及び（ｎＺ−１）なる山数のうねりに基づいて振動
し、アキシャル方向に亙っては（ｎＺ）なる山数のうね
りに基づいて振動する。この理由に就いて、図３〜４に
より説明する。

【００１３】先ず、（ｎＺ＋１）なる山数のうねり及び
（ｎＺ−１）なる山数のうねりに基づいてラジアル方向
に振動する理由に就いて、図３により説明する。図３
（Ａ）は内輪軌道４に（ｎＺ−１）なる山数のうねりが
存在する場合を、同図（Ｂ）は（ｎＺ）なる山数のうね
りが存在する場合を、同図（Ｃ）は（ｎＺ＋１）なる山
数のうねりが存在する場合を、それぞれ示している。図
３（Ｂ）に示す様に、（ｎＺ）なる山数のうねりが存在
する場合には、総ての転動体５、５が同時にうねりの頂
部（又は底部）に位置する為、外輪１と内輪３とがラジ
アル方向に変位（振動）する事はない。これに対して、
（ｎＺ＋１）なる山数のうねり及び（ｎＺ−１）なる山
数のうねりが存在する場合には、図３（Ａ）（Ｃ）に示
す様に、何れかの転動体５（図３（Ａ）（Ｃ）の）が
うねりの頂部に位置する瞬間に、直径方向反対側の転動
体５（同じく）がうねりの底部に位置する。この結
果、上記外輪１が内輪３に対してラジアル方向（図３
（Ａ）（Ｃ）の上方）に変位し、上記表１に記載した様
な周波数の振動が発生する。そして、ラジアル方向の振
動の振幅の最大値は、（ｎＺ＋１）なる山数のうねりの
うちの最大値、即ち（ｎＺ＋１）なる山数のうねりの片
振幅の最大値、及び（ｎＺ−１）なる山数のうねりのう
ちの最大値、即ち（ｎＺ−１）なる山数のうねりの片振
幅の最大値に比例したものとなる。

【００１４】次に、（ｎＺ）なる山数のうねりに基づい
てアキシャル方向に振動する理由に就いて、図４により
説明する。（ｎＺ）なる山数のうねりが存在する場合に
は、図４（Ａ）に示す様に総ての転動体５、５が同時に
うねりの頂部に位置する瞬間と、同図（Ｂ）に示す様
に、総ての転動体５、５が同時にうねりの底部に位置す
る瞬間とが、交互に繰り返し出現する。そして、図４
（Ａ）に示す様に、総ての転動体５、５が同時にうねり
の頂部に位置する瞬間には、これら各転動体５、５を押
圧する力（予圧）によってこれら各転動体５、５の接触
角αが小さくなる。これに対して、図４（Ｂ）に示す様
に、総ての転動体５、５が同時にうねりの底部に位置す
る瞬間には、これら各転動体５、５を押圧する力（予
圧）によってこれら各転動体５、５の接触角αが大きく
なる。この結果、上記外輪１が内輪３に対してアキシャ
ル方向に変位し、前記表１に記載した様な周波数の振動
が発生する。そして、アキシャル方向の振動の振幅の最
大値は、（ｎＺ）なる山数のうねりのうちの最大値、即
ち（ｎＺ）なる山数のうねりの片振幅の最大値に比例し
たものとなる。

【００１５】この様に、内輪軌道４（外輪軌道２でも同
様）に存在するうねりのうち、（ｎＺ±１）なる山数の
うねりはラジアル方向の振動の原因となり、（ｎＺ）な
る山数のうねりはアキシャル方向の振動の原因となる。
これに対して、上述の説明からも明らかな様に、（ｎ
Ｚ）並びに（ｎＺ±１）以外の山数のうねり、即ち、
（ｎＺ＋２）以上の山のうねりは、ラジアル方向の振動
にもアキシャル方向の振動にも、あまり影響しない。従
って、本発明の転がり軸受の軌道は前述の様に、（ｎ
Ｚ）山のうねりの片振幅の最大値及び（ｎＺ±１）山の
うねりの片振幅の最大値が小さい為、（ｎＺ＋２）以上
の山のうねりの片振幅の最大値を現状に比べて小さくし
なくても、非回転同期振れを小さくして、振動特性を向
上させられる。（ｎＺ＋２）以上の山のうねりをあまり
小さくする必要がない為、軌道輪の製作が容易であり、
軌道輪並びにこの軌道輪を組み込んだ転がり軸受の製作
費を抑制できる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の効果を確認する為に行なった
実験に就いて説明する。実験には、内輪軌道の形状が図
５に示す様なものである内輪と、同じく図６に示す様な
ものである内輪とを使用した。これら図５〜６の曲線
は、内輪軌道のうねりを誇張して（約２万倍に拡大し
て）描いている。この様な内輪軌道の形状を有する内輪
の山数とその片振幅とを、ハーモニック解析により求
め、その結果を次の表２、３に示す。このうちの表２は
図５に示した内輪に就いての測定結果を、表３は同じく
図６に示した内輪に就いての測定結果を、それぞれ示し
ている。各表２、３で左側の縦欄中の数値は山数であ
る。尚、各内輪と組み合わせて転がり軸受を構成する転
動体（玉）の数Ｚは９とした。従って、各表中で（ｎ
Ｚ）は９、１８となり、（ｎＺ＋１）及び（ｎＺ−１）
は８、１０、１７、１９となる。又、各表２、３中の片
振幅の単位はμｍである。これら表２、３の記載からも
分る様に、山の数は１通りではなく、複数通り存在す
る。

【００１７】

【表２】

【００１８】

【表３】

【００１９】これら両表２、３を比較すれば明らかな通
り、図５に示した内輪軌道は、（ｎＺ）山のうねりの大
きさを表す片振幅中の最大値、（ｎＺ＋１）山のうねり
の大きさを表す片振幅中の最大値及び（ｎＺ−１）山の
うねりの大きさを表す片振幅中の最大値（山数が８の場
合の０．０６９）が、（ｎＺ＋２）以上の山のうねりの
大きさを表す片振幅中の最大値（山数が１１の場合の
０．０２９）よりも大きい。これに対して、図６に示し
た内輪軌道は、（ｎＺ）山のうねりの大きさを表す片振
幅中の最大値、（ｎＺ＋１）山のうねりの大きさを表す
片振幅中の最大値及び（ｎＺ−１）山のうねりの大きさ
を表す片振幅中の最大値（山数が８の場合の０．００
９）が、（ｎＺ＋２）以上の山のうねりの大きさを表す
片振幅中の最大値（山数が１２の場合の０．０１６）よ
りも小さい。

【００２０】そこで、図５に示す様な内輪軌道を有する
内輪と図６に示す様な内輪軌道を有する内輪とを、それ
ぞれ図１に示す様な転がり軸受に組み込み、内輪を回転
させる状態で、各転がり軸受の振動特性を測定したとこ
ろ、図７〜８に示す様な測定結果を得られた。図７は図
５に示す様な形状の内輪軌道を有する内輪を組み込んだ
転がり軸受の振動特性を、図８は図６に示す様な形状の
内輪軌道を有する内輪を組み込んだ転がり軸受の振動特
性を、それぞれ表している。図７と図８とで縦横軸のス
ケールは互いに等しい。

【００２１】この測定結果を示す図７と図８とを比較す
れば明らかな通り、本発明の技術的範囲に属する図６に
示した様な形状の内輪軌道を有する内輪を組み込んだ転
がり軸受の非回転同期振れδ₀ は、本発明の技術的範囲
からは外れる図５に示した様な形状の内輪軌道を有する
内輪を組み込んだ転がり軸受の非回転同期振れδ₁ より
も小さい（δ₀ ＜δ₁ ）。又、図６に示す内輪軌道の真
円度は必ずしも高くなく、この様な形状の内輪軌道を有
する内輪を造る事が容易である。これらから、本発明に
よれば、振動特性の優れた転がり軸受を安価に得られる
事が分る。

【００２２】尚、本発明の転がり軸受は、内輪回転で使
用される場合も外輪回転で使用される場合も、同様に優
れた作用効果を得られる。又、玉軸受に限らず、ころ軸
受にも、本発明は適用可能である。更に、ラジアル転が
り軸受に限らず、スラスト転がり軸受にも適用可能であ
る。又、（ｎＺ）山のうねりの大きさを表す片振幅中の
最大値、（ｎＺ＋１）山のうねりの大きさを表す片振幅
中の最大値及び（ｎＺ−１）山のうねりの大きさを表す
片振幅中の最大値を（ｎＺ＋２）以上の山のうねりの大
きさを表す片振幅中の最大値よりも小さくする事は、少
なくとも一つのｎの値に関して、少なくとも一方の軌道
に関して満たされれば、一応の効果を得られる。但し、
より確実な効果を得る為には、総てのｎの値に関して、
双方の軌道に関して満たされる事が好ましい。

【００２３】

【発明の効果】本発明の転がり軸受は、以上に述べた通
り構成され作用する為、軌道輪の加工精度を特に高くし
なくても、非回転同期振れを含む振動特性を向上させる
事ができる。この結果、例えば高性能のＨＤＤを現状と
同程度のコストで製作できる等、高精度軸受を組み込ん
だ機器の性能向上を製作費を抑制して図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の対象となる転がり軸受の１例を示す拡
大断面図。

【図２】転がり軸受の振動特性を示す線図。

【図３】内輪軌道のうねりがラジアル方向の振動に及ぼ
す影響を説明する為の、転がり軸受の略正面図。

【図４】同じくアキシャル方向の振動に及ぼす影響を説
明する為の略正面図及び断面図。

【図５】本発明の技術的範囲からは外れる内輪軌道の形
状を示す図。

【図６】本発明の技術的範囲に属する内輪軌道の形状を
示す図。

【図７】図５に示した内輪軌道を有する内輪を組み込ん
だ転がり軸受の振動特性を示す線図。

【図８】図６に示した内輪軌道を有する内輪を組み込ん
だ転がり軸受の振動特性を示す線図。

【符号の説明】

１外輪２外輪軌道３内輪４内輪軌道５転動体６保持器

フロントページの続き (56)参考文献特開平４−296216（ＪＰ，Ａ) 実開平５−57435（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 33/58 F16C 19/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】第一の軌道を有する第一の軌道輪と、第
二の軌道を有する第二の軌道輪と、上記第一の軌道と第
二の軌道との間に転動自在に設けられたＺ個の転動体と
を備え、上記各軌道に微小なうねりが存在する転がり軸
受に於いて、ｎを正の整数とした場合に、上記軌道の１
円周当たりの（ｎＺ）山のうねりの片振幅の最大値、
（ｎＺ＋１）山のうねりの片振幅の最大値及び（ｎＺ−
１）山のうねりの片振幅の最大値が何れも、（ｎＺ＋
２）以上の山のうねりの片振幅の最大値よりも小さい事
が、少なくとも一方の軌道輪に関し、少なくとも１個の
ｎの値に就いて成立する事を特徴とする転がり軸受。
【請求項２】ハードディスクドライブ装置の回転支持
部分を構成する、請求項１に記載した転がり軸受。