JP3614602B2 - 転がり軸受用保持器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり軸受に用いられる保持器およびこの保持器を備える転がり軸受に関する。この保持器としては、例えばハードディスクドライブ装置(HDD)、ポリゴンスキャナモータ、ビデオテープレコーダ(VTR)のシリンダヘッドモータなどのスピンドル支持用転がり軸受や、工作機械などの主軸支持用転がり軸受のように、高精度や高速化が要求される転がり軸受に用いられるものが挙げられる。
【0002】
【従来の技術】
上記例示したような技術分野の転がり軸受では、非同期回転振れ(いわゆるNRR)を許容値以下に管理する必要がある。この非同期回転振れは、転がり軸受の構成要素の製造誤差、例えば軌道輪の多角いびつ、転動体直径の相互差、保持器ポケットのピッチ誤差などが原因で発生するものと考えられている。
【0003】
しかし、前述の許容値は、益々小さく設定される傾向であるため、転がり軸受の構成要素、すなわち、軌道輪、転動体、保持器についての形状精度を可及的に高める必要が生じている。なお、保持器については、そのポケットを円周等配とするように設計されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、転がり軸受の非同期回転振れを低減するためには、転がり軸受の構成要素の形状精度を向上する必要があるが、そのためには新しい加工技術や計測技術の開発が必要になり、開発コストが増大することが懸念される。また、形状精度を向上させるにも一定の限界があることも指摘される。
【0005】
この転がり軸受の非同期回転振れの低減は、例えばハードディスクドライブ装置では情報記録ディスクの記録・再生動作の安定化、ポリゴンスキャナモータでは印字品質、ビデオテープレコーダ(VTR)のシリンダヘッドモータでは動的振れ精度と低騒音化を図る上で重要となる。
【0006】
したがって、本発明は、転がり軸受用保持器において、転がり軸受の非同期回転振れを低減できるようにすることを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1にかかる転がり軸受用保持器は、転動体を個別に保持するポケットを円周数箇所に有する転がり軸受用保持器であって、周方向少なくとも1つおきのポケット位置が、円周等配位置に対して規則性をもって所定角度ずらされているとともに、ハードディスクドライブ装置、ポリゴンスキャナモータ、ビデオテープレコーダのシリンダヘッドモータのスピンドル支持用、または、工作機械主軸支持用で、高精度化や高速性が要求されるとともに、グリースなどの潤滑剤が使用される
【0008】
請求項2にかかる転がり軸受用保持器は、転動体を個別に保持するポケットを円周数箇所に有する転がり軸受用保持器であって、周方向少なくとも1つおきのポケット位置が、円周等配位置に対して規則性をもって周方向一方へ所定角度ずらされているとともに、ハードディスクドライブ装置、ポリゴンスキャナモータ、ビデオテープレコーダのシリンダヘッドモータのスピンドル支持用、または、工作機械主軸支持用で、高精度化や高速性が要求されるとともに、グリースなどの潤滑剤が使用される。
また、請求項3の発明にかかる転がり軸受用保持器は、前記ポケット周方向で2つおき、あるいは3つおきに円周等配位置に対して規則性をもってずらされている。
また、請求項4の発明にかかる転がり軸受は、請求項1ないし3のいずれかに記載の転がり軸受用保持器を備える。
【0009】
要するに、本発明では、転がり軸受の非同期回転振れの発生原因のうち、保持器のポケットのピッチずれに関して、改良するようにしている。しかも、この保持器のポケット位置について、製造誤差を減少するのではなく、このような製造誤差に関係なく、意識的に所要の規則性をもってずらすようにしている。これにより、転がり軸受の軌道輪の多角いびつや転動体直径の相互差があっても、転がり軸受の回転バランスが良好となり、下記実施形態で例示している試験結果のように非同期回転振れが低減されることになる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。本発明にかかる転がり軸受用保持器の説明に先立ち、この保持器を用いる転がり軸受の使用対象として例えばハードディスクドライブ装置におけるスピンドル支持構造を図1に示して説明する。
【0011】
図1は、ハードディスクドライブ装置の要部の縦断面図であり、図中、50は情報機器としてのハードディスクドライブ装置の要部を示しており、51はスピンドル軸、52はスピンドル軸51の軸方向中間に固定されるステータ、53はスピンドル軸51に一対の転がり軸受60,60を介して回転自在に支持されるロータハブ、54はロータハブ53の内周に固定されるロータ、55はロータハブ53の外周に配設される磁気ディスクや光ディスクなどの情報記録ディスクである。
【0012】
上述したハードディスクドライブ装置50に備える転がり軸受60は、図2に示すように、深溝型玉軸受が用いられており、内輪61と、外輪62と、球状の転動体63と、冠形の保持器64と、シール65とを備えている。前述の保持器64は、図3ないし図5に示すように、円周数箇所に軸方向一方と径方向内外に開放するポケット66が設けられており、各ポケット66の間の領域には、軸方向一方へ突出する突起67が設けられている。この転がり軸受60では、保持器64の各ポケット66間の突起67にグリースなどの潤滑剤の塊が塗布されるようになっていて、このグリースがポケット66側へ順次供給されるようになっている。
【0013】
本発明では、上述したような転がり軸受60の保持器64において、ポケット66の形成位置を下記(a)〜(c)のように特定することができる。
【0014】
(a) 図6の模式図に示すように、周方向1つおきのポケット66の位置が、円周等配位置(実線参照)に対して周方向一方へ一定角度α1〜α4ずらされている。図6では、ポケット66の総数を8とし、各ずれ角度をα1=α2=α3=α4の関係としている。
【0015】
(b) 上記(a)において、ずらすポケット66として、周方向2つおき、あるいは周方向3つおきとする。つまり、ポケット66の総数との関係で適宜に変更することができる。
【0016】
(c) 上記(a)において、α1=α3>α2=α4の関係、あるいはα1=α3<α2=α4の関係とする。
【0017】
次に、転がり軸受60の非同期回転振れについて、コンピュータによるシミュレーション試験を行うことにより調べているので、説明する。
【0018】
使用したコンピュータは、IBM社製のRS/6000,model−560である。また、計算モデルとする転がり軸受は、呼び番号696としている。
【0019】
そして、内輪61の多角いびつ、転動体63直径の相互差を一定とし、保持器64のポケット66の位置ずれのみ下記▲1▼〜▲6▼のように種々変えた。内輪61の多角いびつは、山数を6つ、真円度(Dmax−Dmin)を0.02μmに設定し、転動体63の直径は、1個だけ+0.13μmにそれぞれ設定している。なお、保持器64の計算モデルについては、図3ないし図5に示すような冠形形式に近似するためにポケット66の位置やポケット66の寸法などを考慮した重量バランスに設定し、ポケット隙間を0.01mm、案内面隙間を0.09mmとしている。
【0020】
▲1▼ 実施例は、保持器64の周方向1個おきのポケット66の位置を円周等配位置から一定角度例えば+3degずつ周方向一方へずらした。結果は、非同期回転振れの1次成分の平均値が0.030μm、2次成分の平均値が0.016μmであった。
【0021】
▲2▼ 比較例1は、保持器64の1個のポケット66の位置を円周等配位置から+3degずらした。結果は、非同期回転振れの1次成分の平均値が0.070μm、2次成分の平均値が0.013μmであった。
【0022】
▲3▼ 比較例2は、保持器64の各ポケット66の位置を円周等配位置から時計方向へ1degずつ漸増するようにずらした。結果は、非同期回転振れの1次成分の平均値が0.105μm、2次成分の平均値が0.012μmであった。
【0023】
▲4▼ 比較例3は、保持器64の各ポケット66の位置を円周等配位置からランダム(乱数)にずらした。ここでのずれは、製造誤差レベルでの大きさを想定し、ずれの標準偏差σを0.41degとした。結果は、非同期回転振れの1次成分の平均値が0.052μm、2次成分の平均値が0.013μmであった。
【0024】
▲5▼ 比較例4は、比較例3と同様であり、ずれの標準偏差σを1.37degとした。結果は、非同期回転振れの1次成分の平均値が0.072μm、2次成分の平均値が0.013μmであった。
【0025】
▲6▼ 比較例5は、比較例3と同様であり、ずれの標準偏差σを2.73degとした。結果は、非同期回転振れの1次成分の平均値が0.112μm、2次成分の平均値が0.013μmであった。
【0026】
上記▲4▼〜▲6▼についてのポケット個々のずれ量を表1に示す。表1では、ポケット1を基準とするために円周等配に配置しているものとしており、正の値は反時計方向を、負の値は時計方向へのずれ量を示している。
【0027】
【表1】
Figure 0003614602
【0028】
ところで、非同期回転振れは、周知のように、1次成分と2次成分の合計である。1次成分とは、図7に示すように、保持器64が偏心回転する動きを言い、この保持器64の中心Oの回転軌跡の半径rで表される。また、2次成分とは、図8に示すように、1次成分の保持器64の中心Oの回転軌跡が径方向に変位する動きを言い、この変位幅hで表される。このうち、1次成分は、主として転動体63の直径のばらつきと、保持器64のポケット66のピッチずれとが原因で発生し、2次成分は、主として内輪62の多角いびつが原因で発生するものと考えられている。
【0029】
結果としては、上述したように、実施例が比較例1〜5に比べて非同期回転振れが最も小さくなることが分かった。なお、上記試験では、実施例として、上記(a)〜(c)のうちの(a)の関係つまり保持器64のポケット66の位置を周方向1個おきに円周等配位置から一定角度ずつずらした場合のみ説明しているが、(b),(c)の関係とする場合でも、上記結果と同様に非同期回転振れを低減できる。
【0030】
ここで、上記シミュレーションの結果からすれば、保持器64のポケット66の位置を所要の規則性をもって円周等配位置から意識的にずらしたことが、1次成分の減少につながり、非同期回転振れの低減に貢献できたと言える。換言すれば、保持器64のポケット66の位置を所要の規則性をもって円周等配位置から意識的にずらせば、1次成分を抑制し、非同期回転振れを低減できるようになるのである。しかも、上述したように、ポケット66の形成位置を製造誤差レベル以上に大きくずらすのであれば、このポケット66の形成位置についてあまりシビアに管理する必要がないと言える。ゆえに、本発明での保持器64の製作については、従来のように高精度に管理するための加工技術や計測技術が不要で、現状の技術にて比較的簡易に行えばよいと言え、低コストでありながら非同期回転振れ低減を達成できるようになる。
【0031】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【0032】
(1) 本発明の保持器を用いる転がり軸受は、上述したハードディスクドライブ装置の他にも、種々な精密回転機構に用いることができる。
【0033】
(2) 上記実施形態では、保持器64として冠形を引用しているが、その他の種々な形式のものについても本発明を適用することができる。また、同様に、転がり軸受として深溝型玉軸受を引用しているが、その他の種々な軸受形式とすることができる。
【0034】
【発明の効果】
本発明では、保持器のポケット位置を意識的に所要の規則性をもってずらすように工夫することで、本発明の保持器を転がり軸受に用いた場合に非同期回転振れを低減できるようになった。
【0035】
したがって、本発明の保持器を備える転がり軸受を例えばハードディスクドライブ装置に用いた場合には、情報記録ディスクの回転精度を向上できるようになり、記録・再生動作の安定化に貢献できるようになる。また、ポリゴンスキャナモータに用いた場合では、印字品質の向上、さらにビデオテープレコーダ(VTR)のシリンダヘッドモータに用いた場合では、動的振れ精度の向上と低騒音化を実現できるようになる。このように、本発明では、使用対象となる機器の性能改善に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかるハードディスクドライブ装置の縦断面図
【図2】図1の転がり軸受の半分を示す断面図
【図3】図2の保持器の一部を展開した平面図
【図4】図3の保持器の側面図
【図5】図4の保持器のポケットとポケット間の領域との断面を示す縦断面図
【図6】本発明の保持器のポケット位置の一例を示す模式図
【図7】転がり軸受の非同期回転振れの1次成分を示す模式図
【図8】転がり軸受の非同期回転振れの2次成分を示す模式図
【符号の説明】
60 転がり軸受
61 内輪
62 外輪
63 転動体
64 保持器
66 保持器のポケット

Claims (4)

  1. 転動体を個別に保持するポケットを円周数箇所に有する転がり軸受用保持器であって、
    周方向少なくとも1つおきのポケット位置が、円周等配位置に対して規則性をもって所定角度ずらされているとともに、
    ハードディスクドライブ装置、ポリゴンスキャナモータ、ビデオテープレコーダのシリンダヘッドモータのスピンドル支持用、または、工作機械主軸支持用で、高精度化や高速性が要求されるとともに、グリースなどの潤滑剤が使用される、ことを特徴とする転がり軸受用保持器。
  2. 転動体を個別に保持するポケットを円周数箇所に有する転がり軸受用保持器であって、
    周方向少なくとも1つおきのポケット位置が、円周等配位置に対して規則性をもって周方向一方へ所定角度ずらされているとともに、
    ハードディスクドライブ装置、ポリゴンスキャナモータ、ビデオテープレコーダのシリンダヘッドモータのスピンドル支持用、または、工作機械主軸支持用で、高精度化や高速性が要求されるとともに、グリースなどの潤滑剤が使用される、ことを特徴とする転がり軸受用保持器。
  3. 前記ポケット周方向で2つおき、あるいは3つおきに円周等配位置に対して規則性をもってずらされている、ことを特徴とする請求項1または2に記載の転がり軸受用保持器。
  4. 請求項1ないし3のいずれかに記載の転がり軸受用保持器を備える、転がり軸受。
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