JP3736250B2 - Method and apparatus for measuring radial resonance frequency of rolling bearing unit - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、ハードディスクドライブ装置(HDD)等の磁気ディスクドライブ装置を構成するスイングアームを揺動変位自在に支持する為の転がり軸受ユニット等、各種精密回転部分に組み込む転がり軸受ユニットのラジアル方向の共振周波数を測定する為に利用する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータ等の記憶装置として使用するHDDは、例えば特開平7−111053号公報に記載されている様に、図1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電動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、図2に示す様な転がり軸受ユニット4により、基板5上に固定した、上記ハードディスク1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。
【0003】
上記転がり軸受ユニット4は、内側部材である内筒7の外周面と外側部材である外筒8の内周面との間に、1対の玉軸受9、9を設けて成る。これら各玉軸受9、9はそれぞれ、外周面に深溝型若しくはアンギュラ型の内輪軌道10を有する内輪11と、内周面に深溝型若しくはアンギュラ型の外輪軌道12を有する外輪13と、上記内輪軌道10と外輪軌道12との間に転動自在に設けた、それぞれが転動体である複数個の玉14、14とから成る。これら各玉14、14は、図示を省略した保持器により転動自在に保持している。又、上記外輪13の両端部内周面には、それぞれシールド板15、15の外周縁を係止して、上記複数個の玉14、14を設置した空間内のグリースの漏洩防止を図ると共に、周囲に浮遊する塵芥等の異物がこの空間内に入り込む事の防止を図っている。
【0004】
上述の様な玉軸受9、9のうち、内輪11、11は、上記内筒7の両端部に締まり嵌めにより外嵌固定している。又、外輪13、13は、上記外筒8に内嵌すると共に、互いに対向する端面を、上記外筒8の中間部内周面に形成した段部16、16に突き当てている。従って、上記1対の外輪13、13は、図示の状態よりも近づき合う事はない。又、上記1対の内輪11、11は、互いに近づき合う方向に押圧した状態で、上記内筒7の両端部に外嵌固定している。従って、上記1対の玉軸受9、9には、所定の予圧が付与された状態となり、上記内筒7の周囲に外筒8を、回転自在に支持している。即ち、図2に示した様に組み立てられた、上記転がり軸受ユニット4のうち、上記各玉軸受9、9の剛性K9 及び互いに並列に組み合わされたこれら両玉軸受9、9の剛性は、設計により定められた、既知の値となる。尚、上記内筒7に対する上記各内輪11、11の嵌合状態を隙間嵌めとし、これら各内輪11、11の内周面と上記内筒7の外周面とを接着する場合もある。勿論、この様な場合でも、上記各玉軸受9、9の剛性K9 及び互いに並列に組み合わされたこれら両玉軸受9、9の剛性の値は既知となる。
【0005】
上述の様な転がり軸受ユニット4により、例えば前記スイングアーム3(図1)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を配置すると共に、この内筒7を、上記支持軸6の基端部に設けた段部17と、上記支持軸6の先端面にねじ18により結合固定した抑え板19との間で挟持する。又、上記スイングアーム3の基端部を、上記外筒8に結合する。こ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1)は、上記スイングアーム3の揺動に伴って、前記ハードディスク1(図1)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。
【0006】
上述の様にしてその基端部を上記転がり軸受ユニット4により揺動自在に支持した、上記スイングアーム3の揺動変位に伴う位置決め精度等を十分に確保し、上記ヘッド2による信号の読み取り並びに書き込みのエラーを防止する為には、上記転がり軸受ユニット4全体としての剛性(この転がり軸受ユニット4による上記スイングアーム3の支持剛性)を適正範囲内に収める必要がある。一方、上記転がり軸受ユニット4全体としての剛性と、この転がり軸受ユニット4全体としての共振周波数との間には、後述する様に、密接な関係がある事が知られている。従って、上記転がり軸受ユニット4全体としての共振周波数を管理(適正範囲内に規制)すれば、この転がり軸受ユニット4全体としての剛性を適正範囲内に収める事ができる。この様な事情に鑑みて、この転がり軸受ユニット4全体としての共振周波数を管理すべく、上記共振周波数を測定する為に従来から、図3に示す様な測定装置20により、上記転がり軸受ユニット4全体としてのアキシアル方向の共振周波数を測定している。
【0007】
この測定装置20は、支持軸21と、加振器22と、重錘23と、振動検出器24とから成る。上記転がり軸受ユニット4は、鉛直方向に配置した上記支持軸21(支持部材)の中間部に外嵌支持している。即ち、この転がり軸受ユニット4を構成する内筒7は、上記支持軸21に隙間嵌めにより外嵌すると共に、この支持軸21の下端寄り部に形成した段部25と、この支持軸21の上端部に外嵌固定した円輪状の固定具26との間で挟持する事により、上記支持軸21に支持固定している。又、この支持軸21の下端面は上記加振器22の上面に突き当てて、この支持軸21に支持した上記転がり軸受ユニット4全体を、アキシアル方向(図3の上下方向)に加振自在としている。又、上記重錘23は、使用時に於いて上記転がり軸受ユニット4を構成する外筒8に外嵌する部材と同等の質量を具えたもので、この外筒8に外嵌固定している。又、上記重錘23の上端面には、上記振動検出器24の測定端子27を当接若しくは近接対向させて、上記加振器22により加振された上記転がり軸受ユニット4の外筒8のアキシアル方向の振動を検出自在としている。
【0008】
上述の様に構成する測定装置20により、上記転がり軸受ユニット4のアキシアル方向の共振周波数を求める場合には、上記加振器22により上記転がり軸受ユニット4をアキシアル方向に加振しつつ、上記振動検出器24を構成する測定端子27により、上記外筒8のアキシアル方向の振動を検出する。そして、この振動の検出値を、上記振動検出器24を構成する周波数分析器により周波数分析する。上記転がり軸受ユニット4全体としてのアキシアル方向の共振周波数は、上記周波数分析の結果に、周波数成分のピーク値として現われる。この為、この周波数分析の結果から、上記アキシアル方向の共振周波数を求める事ができる。
【0009】
尚、上記転がり軸受ユニット4全体としてのアキシアル方向の剛性K4aは、上述の様に測定したアキシアル方向の共振周波数から、次の様にして求める事ができる。即ち、上記転がり軸受ユニット4を1自由度系の振動モデルに置き換えると、この転がり軸受ユニット4の共振周波数(固有振動数)fn と、この転がり軸受ユニット4の剛性Kと、この転がり軸受ユニット4の浮動質量(前記外輪13、13と前記外筒8と前記重錘23との合計質量)Mとの間には、
【数1】
なる関係式が成立する。そこで、上記(1)式に、上述の様にして測定した転がり軸受ユニット4のアキシアル方向の共振周波数fnaと、上記浮動質量Mとを代入すれば、上記転がり軸受ユニット4全体としてのアキシアル方向の剛性K4aを求める事ができる。この様に、転がり軸受ユニット4全体としての剛性と共振周波数との間には一定の関係があるので、この転がり軸受ユニット4全体としてのアキシアル方向の共振周波数を管理すれば、この転がり軸受ユニット4全体としてのアキシアル方向の剛性を適正範囲内に収める事ができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
上述の様に、従来、転がり軸受ユニット4全体としてのアキシアル方向の剛性を適正範囲内に収める管理を行なってはいたが、この転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル方向の剛性を所定範囲内に収める管理は行なっていなかった。ところが、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更なる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、上記転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル方向の剛性に就いても、所定範囲内に収める管理を行なう事が求められている。
【0011】
上記転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル方向の剛性を所定範囲内に収めるべく、この転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル方向の共振周波数の管理(調節)を行なう為には、やはり、このラジアル方向の共振周波数を測定する事が考えられる。この為に、本発明者は先ず、前述の図3に示した測定装置20を利用し、加振方向と測定方向とをアキシアル方向からラジアル方向に変える以外は、前述のアキシアル方向の共振周波数の測定方法と同様の測定方法により、上記転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル方向の共振周波数の測定を行なった。即ち、前記加振器22により上記転がり軸受ユニット4全体をラジアル方向(例えば、図3の左右或は表裏方向)に加振した状態で、この転がり軸受ユニット4を構成する外筒8のラジアル方向の振動を、前記重錘23の中間部外周面に当接若しくは近接対向させた測定端子27により検出し、更に、この検出値を周波数分析して、図4に示す様な分析結果を得た。
【0012】
そして、この分析結果から、上記検出値にノイズが含まれている事が分かった。即ち、本発明者が上述の様なラジアル方向の共振周波数の測定を、同一条件で繰り返し行なった所、測定を繰り返す毎に共振周波数の値が少しずつ異なる(上記ピーク値として現われる周波数成分の位置がばらつく)事が分かった。これらの事から、前述のアキシアル方向の共振周波数の場合と同様の測定方法では、上記ラジアル方向の共振周波数を正確に測定できない事が分かった。この為、このラジアル方向の共振周波数を正確に測定できる、新たな測定方法及び装置を開発する必要が生じた。
本発明の転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定方法及び測定装置は、この様な事情に鑑みて、内側部材と外側部材との間に1対の転がり軸受を組み込んで成る転がり軸受ユニット全体としての、ラジアル方向の共振周波数(ラジアル共振周波数)を正確に測定自在とすべく発明したものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定方法及び測定装置の対象となる転がり軸受ユニットは、内側部材の外周面に軸方向に互いに離隔した状態で設けた1対の内輪軌道と外側部材の内周面に軸方向に互いに離隔した状態で設けた1対の外輪軌道との間に複数の転動体を、予圧を付与した状態で設けて成る。
【0014】
上述の様な転がり軸受ユニット全体としてのラジアル共振周波数を測定する、本発明の転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定方法では、上記内側部材と上記外側部材とのうちの一方の部材を支持部材により支持しつつ、これら内側部材と外側部材とのうちの他方の部材をラジアル方向に加振する。そして、この他方の部材のラジアル方向の振動を検出して、上記転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数を測定する。
特に、本発明の転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定方法では、上記支持部材から上記一方の部材に付与する荷重に基づく、これら支持部材及び一方の部材に関する剛性(支持剛性)の値が、上記転がり軸受ユニットの剛性(互いに並列に配置された、複列の転動体により構成される1対の転がり軸受の剛性を合成して得られる軸受剛性)の値よりも大きくなる状態で、上記測定作業を行なう。
好ましくは、上記支持剛性の値を、上記軸受剛性の値を越えて100倍以下(より好ましくは2〜20倍程度)に設定する。
更に、本発明の転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定装置は、上記転がり軸受ユニットを構成する内側部材を、軸方向両側から挟持した状態で支持する1対の支持部材と、上記転がり軸受ユニットを構成する外側部材に外嵌固定した重錘を、ラジアル方向に加振自在な加振器と、上記外側部材のラジアル方向の振動を検出自在な振動検出器とを具える。そして、上記両支持部材により上記内側部材を挟持する力を調節する事により、これら両支持部材による上記内側部材の支持剛性を調節自在としている。
【0015】
【作用】
上述の様に構成する転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定方法及び測定装置によれば、転がり軸受ユニットを構成する内側部材と外側部材とのうちの一方の部材と、支持部材との係合部の接触剛性、並びにこれら一方の部材及び支持部材の曲げ剛性等の影響をなくすか少なくして、検出値に含まれるノイズをなくすか少なくできる。従って、上記転がり軸受ユニットのラジアル方向の振動のみを取り出して、この転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数を正確に測定できる。
特に、支持剛性の値を軸受剛性の値を越えて100倍以下(より好ましくは2〜20倍程度)に設定すれば、上記一方の部材や支持部材を損傷する事なく、上記転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数を正確に測定できる
【0016】
【発明の実施の形態】
本発明を完成するに至る過程を説明しつつ、本発明の実施の形態に就いて説明する。
先ず、本発明者は、前述した様に、ラジアル方向の共振周波数を測定するのに、アキシアル方向の振動周波数の場合と同様の測定作業を行なうと、アキシアル方向の共振周波数の測定の場合と異なり、測定を繰り返す毎に共振周波数の値が変化する(安定しない)理由を、次の様に考えた。
【0017】
即ち、前述したアキシアル方向の共振周波数の測定の場合には、前記支持軸21及び固定具26により転がり軸受ユニット4を支持しているアキシアル方向の支持剛性と、これら支持軸21及び固定具26のアキシアル方向の剛性とを足し合わせた(合成した)、アキシアル方向の等価剛性が、上記転がり軸受ユニット4全体としてのアキシアル方向の剛性(アキシアル軸受剛性)よりも十分に大きい(アキシアル等価剛性≫アキシアル軸受剛性)。従って、上記支持軸21及び固定具26と上記転がり軸受ユニット4との接触部、上記支持軸21及び固定具26の弾性変形は十分に小さく、無視できる。従って、アキシアル方向の共振周波数を測定する場合に、上記アキシアル方向の等価剛性を無視できる。
【0018】
これに対して、本発明の対象となるラジアル方向の共振周波数の測定の場合には、上記支持軸21及び固定具26による転がり軸受ユニット4のラジアル方向の支持剛性と、これら支持軸21及び固定具26のラジアル方向の剛性とを足し合わせた、ラジアル方向の等価剛性が、上記転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル方向の剛性(ラジアル軸受剛性)と同程度若しくはこれよりも小さな値となる(ラジアル等価剛性≦ラジアル軸受剛性)。この為、測定する毎に共振周波数の値を変化させる原因となる。
【0019】
この様な事を前提として本発明者は、ラジアル方向に振動する上記転がり軸受ユニット4及び上記支持軸21及び固定具26に関する振動を、図7に示す様な、2自由度系の振動モデルに置き換える事ができると考えた。この2自由度系の振動モデルは、その基端部を固定の壁面34に結合固定した第二のばね32(剛性K2 )と、この第二のばね32の先端部に結合固定した第二の浮動質量33(質量M2 )と、その基端部を第二の浮動質量33の先端面に結合固定した第一のばね30(剛性K1 )と、この第一のばね30の先端部に結合固定した第一の浮動質量31(質量M1 )とから成る。この2自由度系の振動モデルのうち、上記第一の浮動質量31が、前述した、本発明方法による振動周波数の測定対象となる転がり軸受ユニット4を構成する、外輪13、13と外筒8と重錘23とに相当する。又、上記第一のばね30の剛性K1 が、上記転がり軸受ユニット4のラジアル方向の剛性に相当する。更に、上記第二の浮動質量33が、上記転がり軸受ユニット4を構成する内筒7及び内輪11、11に相当する。更に、上記第二のばね32の剛性K2 が、上記支持軸21及び固定具26による転がり軸受ユニット4のラジアル方向の支持剛性(ラジアル方向の等価剛性)に相当する。
【0020】
又、本発明者は、上述の様な考えを基に、上記ラジアル方向の等価剛性(支持剛性)を上記転がり軸受ユニット4を構成する1対の玉軸受9、9のラジアル方向の剛性よりも十分に大きくすれば、これら各玉軸受9、9を含んで構成する転がり軸受ユニット4で発生する振動のみを精度良く検出できると考えた。何となれば、図7でK2 を大きくし、このK2 及びM2 部分が振動しにくくすれば、残りのM1 、K1 部分の振動を取り出せる(検出できる)が、これらM1 、K1 部分の振動は、求めようとする上記転がり軸受ユニット4の振動そのものである為である。この為に本発明者は、上記ラジアル方向の等価剛性を大きくすべく、支持部材による転がり軸受ユニット4の支持剛性を大きくできる手段を採用し、上記ラジアル方向の等価剛性と上記転がり軸受ユニット4のラジアル方向の共振周波数との関係を求めた。図5は、この関係を求める為に使用した測定装置35を示している。
【0021】
この測定装置35は、本発明の転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定方法を実施する場合に使用する測定装置(実施の形態の第1例)ともなるものである。この様な測定装置35は、上記転がり軸受ユニット4を構成する内筒7を、軸方向(図5の左右方向)両側から挟持した状態で支持する1対の支持部材36、36と、上記転がり軸受ユニット4を構成する外筒8に外嵌固定した重錘23を、ラジアル方向(図5の上下方向)に加振自在な加振器22と、上記外筒8のラジアル方向の振動を検出自在な振動検出器24とを具える。上記1対の支持部材36、36は、それぞれの先端部に設けた円柱状の凸部37、37を、それぞれ上記内筒7の軸方向両端開口部にがたつきなく挿入した状態で、この内筒7の軸方向両端面を挟持している。そして、上記両支持部材36、36により上記内筒7を挟持する力、即ち、これら両支持部材36、36がこの内筒7の軸方向端面を押圧する力Fを調節する事により、これら両支持部材36、36による上記内筒7の支持剛性を調節自在としている。この場合に、上記押圧する力Fとこの支持剛性とは、比例関係にある。又、上記振動検出器24を構成する測定端子27は、上記重錘23の軸方向中央部外周面に、当接若しくは近接対向している。
【0022】
そして、本発明者は、上述の様な構成を有する測定装置35により、上記両支持部材36、36による上記内筒7の支持剛性の大きさと、上記振動検出器24により測定される、上記転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル方向の共振周波数との関係を調べた。その結果を図6に示す。
【0023】
一方、前述の図7に示した、2自由度の振動モデルに於ける転がり軸受ユニット4に関して、ラジアル剛性(K1 )が支配的である、共振周波数(固有振動数)fn は、
【数2】
で表わされる。この(2)式から明らかな通り、第二のばね32の剛性値K2 と共振周波数fn との関係は、図8に示す曲線の様になる。尚、この図8の横軸は、支持剛性に対応する上記第二のばね32の剛性値K2 を、軸受剛性に対応する第一のばね30の剛性値K1 により除した(K2 /K1 )、無次元数である。
【0024】
上記図8に示した理論曲線と、上記図6に示した測定結果とを比較すると、両者の特性がほぼ一致している事が分かる。これにより、本発明者は、前述の様にラジアル方向に振動する転がり軸受ユニット4及び支持部材を、図7に示す様な、2自由度系の振動モデルに置き換える仮定が正しい事を確認した。
【0025】
ところで、上記図6の測定結果から、支持剛性が低いA範囲と、支持剛性が高いC範囲とで、ラジアル共振周波数の測定値がばらついており、支持剛性の値が中間であるB範囲で、共振周波数の測定値が安定している事が分かる。尚、上記支持剛性が低い上記A範囲で測定値がばらついているのは、1対の支持部材36、36による転がり軸受ユニット4のラジアル方向の支持部やこれら各支持部材36、36で生じるラジアル方向の振動の大きさが、上記転がり軸受ユニット4全体としての振動の大きさに近くなったり、この振動の大きさを上回る事による。この理由は、支持剛性が安定しない為に、非線形な振動が起こり易い為である。これに対して、上記支持剛性が大きい、C範囲でのばらつきの原因は、前記支持部材36、36による前記転がり軸受ユニット4を構成する内筒7の挟持力が大きくなり過ぎて、これら各支持部材36、36や内筒7が変形し、玉軸受9、9のラジアル剛性が支配する、前記剛性K1 が変化する為と考えられる。
【0026】
これらの事を考慮した場合、中間のB範囲となる様な支持剛性により、上記転がり軸受ユニット4を構成する内筒7を1対の支持部材36、36の間に挟持した状態で、この転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル共振周波数を測定すれば、このラジアル共振周波数を正確に測定できる事が分かる。
そこで、上記図6から、ラジアル共振周波数を安定して測定できる上記B範囲での共振周波数の範囲を求め、図8でこの共振周波数の範囲に対応する剛性(K2 /K1 )の範囲を調べた所、1<K2 /K1 ≦100となる事が分かった。そこで、上記1対の支持部材36、36による上記内筒7の支持剛性の値を、上記転がり軸受ユニット4を構成する1対の玉軸受9、9の軸受剛性の値(1対の玉軸受9、9の軸受剛性の合成値)を越えて100倍以下(より好ましくは2〜20倍)に設定した状態で、上記転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル共振周波数を測定する。
【0027】
尚、上述の説明では、転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル共振周波数の測定を行なう際に、加振器22により重錘23をラジアル方向に加振している。但し、本発明の転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定方法を実施する場合に於ける加振方法は、必ずしもこの様な方法によらなくても良い。例えば、図9に示す様に、独立した加振器を省略し、内筒7を軸方向両側から挟持した1対の支持部材36、36をラジアル方向に振動させる事で、転がり軸受ユニット4にラジアル方向の振動を付与する事もできる。又、打撃による加振、ボール落下による加振、振り子による加振等を採用する事もできる。
【0028】
又、上述した本発明の測定方法によりラジアル方向の共振周波数を測定した転がり軸受ユニット4を、例えば前述の図2に示した様にしてHDDに組み付ける場合、段部17と抑え板19とによる上記内筒7の挟持力を、上記図6に示したB範囲に規制すれば、上記転がり軸受ユニット4のラジアル方向の共振周波数を、上述した測定値通りに維持できる。これにより、上記転がり軸受ユニット4全体としてのラジアル方向の剛性を管理して、前記スイングアーム3(図1)の揺動変位に伴う位置決め精度等を十分に確保できる。
【0029】
尚、図示の例では、内筒7の外周面と外筒8の内周面との間に、それぞれ独立した玉軸受9、9を1対組み付けて、転がり軸受ユニット4を構成した場合に就いて説明した。但し、本発明は、この様な構造の転がり軸受ユニット4に限らず、例えば内筒の外周面に直接内輪軌道を形成した構造、或は外筒の内周面に直接外輪軌道を形成した構造、更にはこれらを併せ持つ構造でも実施できる。要は、複列に配置した転動体に予圧を付与した複列転がり軸受ユニットであれば、本発明の方法によりラジアル共振周波数を測定する対象となる。
【0030】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数の測定方法及び測定装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、従来は難しかった転がり軸受ユニット全体としてのラジアル共振周波数の測定を、正確に行なう事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による測定の対象となる転がり軸受ユニットを組み込んだハードディスクドライブ装置の斜視図。
【図2】本発明による測定の対象となる転がり軸受ユニットの1例を示す拡大断面図。
【図3】従来から行なわれている、アキシアル共振周波数の測定方法を示す断面図。
【図4】図3に示した方法により転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数を測定した場合の測定結果を示す線図。
【図5】本発明の方法により転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数を測定する状態の第1例を示す断面図。
【図6】図5に示した方法により転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数を測定した場合の測定結果を示す線図。
【図7】転がり軸受ユニットの支持剛性がこの転がり軸受ユニットの共振周波数の測定に及ぼす影響を説明する為の模式図。
【図8】転がり軸受ユニットの支持剛性がこの転がり軸受ユニットの共振周波数の測定に及ぼす影響の理論値を示す線図。
【図9】本発明の方法により転がり軸受ユニットのラジアル共振周波数を測定する状態の第2例を示す断面図。
【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 転がり軸受ユニット
5 基板
6 支持軸
7 内筒
8 外筒
9 玉軸受
10 内輪軌道
11 内輪
12 外輪軌道
13 外輪
14 玉
15 シールド板
16 段部
17 段部
18 ねじ
19 抑え板
20 測定装置
21 支持軸
22 加振器
23 重錘
24 振動検出器
25 段部
26 固定具
27 測定端子
30 第一のばね
31 第一の浮動質量
32 第二のばね
33 第二の浮動質量
34 壁面
35 測定装置
36 支持部材
37 凸部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a radial direction of a rolling bearing unit incorporated in various precision rotating parts, such as a rolling bearing unit for swingably supporting a swing arm constituting a magnetic disk drive device such as a hard disk drive device (HDD). This is used to measure the resonance frequency.
[0002]
[Prior art]
An HDD used as a storage device such as a computer has a structure as shown in FIG. 1 as described in, for example, JP-A-7-111053. When the HDD is used, the
[0003]
The rolling
[0004]
Of the
[0005]
In order to support, for example, the base end portion of the swing arm 3 (FIG. 1) with respect to the support shaft 6 by the rolling
[0006]
As described above, the base end portion of the swing arm 3 is swingably supported by the rolling
[0007]
The
[0008]
When the resonance device in the axial direction of the rolling
[0009]
The axial stiffness of the rolling
[Expression 1]
The following relational expression holds. Therefore, the resonance frequency f in the axial direction of the rolling
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, management has been performed in which the axial rigidity of the rolling
[0011]
In order to manage (adjust) the radial resonance frequency of the rolling
[0012]
From this analysis result, it was found that the detection value contained noise. That is, when the inventor repeatedly measured the resonance frequency in the radial direction as described above under the same conditions, the value of the resonance frequency slightly changed each time the measurement was repeated (the position of the frequency component appearing as the peak value). I found out that it fluctuated. From these facts, it was found that the resonance frequency in the radial direction cannot be accurately measured by the same measurement method as that in the case of the resonance frequency in the axial direction. Therefore, a new measurement method that can accurately measure the resonance frequency in the radial direction.And equipmentIt became necessary to develop.
Method for measuring radial resonance frequency of rolling bearing unit of the present inventionAnd measuring deviceIn view of such circumstances, the radial resonance frequency (radial resonance frequency) of the entire rolling bearing unit in which a pair of rolling bearings is incorporated between the inner member and the outer member can be accurately measured. Invented to do so.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Method for measuring radial resonance frequency of rolling bearing unit of the present inventionAnd measuring deviceThe rolling bearing unit that is the target of the pair of inner ring raceways provided in the axially spaced state on the outer peripheral surface of the inner member and the pair provided in the axially spaced state on the inner peripheral surface of the outer member A plurality of rolling elements are provided with a preload applied between the outer ring raceway and the outer ring raceway.
[0014]
In the method for measuring the radial resonance frequency of the rolling bearing unit of the present invention for measuring the radial resonance frequency of the entire rolling bearing unit as described above, one member of the inner member and the outer member is supported by a support member. While supporting, the other member of the inner member and the outer member is vibrated in the radial direction. Then, the radial vibration of the other member is detected, and the radial resonance frequency of the rolling bearing unit is measured.
In particular, in the method for measuring the radial resonance frequency of the rolling bearing unit according to the present invention, the value of the rigidity (support rigidity) of the support member and the one member based on the load applied from the support member to the one member is the above. The above measurement work in a state where it is larger than the value of the rigidity of the rolling bearing unit (the bearing rigidity obtained by combining the rigidity of a pair of rolling bearings arranged in parallel with each other and composed of double row rolling elements) To do.
Preferably, the value of the support rigidity is set to 100 times or less (more preferably about 2 to 20 times) exceeding the value of the bearing rigidity.
Furthermore, the radial resonance frequency measuring apparatus for a rolling bearing unit according to the present invention includes a pair of supporting members that support the inner member constituting the rolling bearing unit in a state of being sandwiched from both sides in the axial direction, and the rolling bearing unit. A weight that is externally fitted and fixed to the constituting outer member is provided with a vibrator capable of vibrating in the radial direction and a vibration detector capable of detecting vibration in the radial direction of the outer member. And by adjusting the force which clamps the said inner member by the said both supporting members, the support rigidity of the said inner member by these both supporting members is made adjustable.
[0015]
[Action]
Measuring method of radial resonance frequency of rolling bearing unit configured as described aboveAnd measuring deviceAccording to the above, the influence of the contact rigidity of the engagement portion between one member of the inner member and the outer member constituting the rolling bearing unit and the support member, the bending rigidity of the one member and the support member, and the like. It is possible to eliminate or reduce the noise included in the detection value by eliminating or reducing it. Therefore, it is possible to accurately measure the radial resonance frequency of the rolling bearing unit by extracting only the radial vibration of the rolling bearing unit.
In particular, if the value of the support stiffness is set to 100 times or less (more preferably about 2 to 20 times) exceeding the value of the bearing stiffness, the rolling bearing unit of the rolling bearing unit is not damaged without damaging the one member or the support member. The radial resonance frequency can be measured accurately
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
While explaining the process leading to the completion of the present invention, an embodiment of the present invention will be described.
First, as described above, the present inventor performs the same measurement work as that in the case of the vibration frequency in the axial direction to measure the resonance frequency in the radial direction, which is different from the case of measurement of the resonance frequency in the axial direction. The reason why the value of the resonance frequency changes (is not stable) every time the measurement is repeated was considered as follows.
[0017]
That is, in the case of the measurement of the resonance frequency in the axial direction described above, the support rigidity in the axial direction in which the
[0018]
On the other hand, in the case of measurement of the resonance frequency in the radial direction, which is an object of the present invention, the support rigidity in the radial direction of the rolling
[0019]
Based on such a premise, the present inventor converts the vibration related to the rolling
[0020]
Further, based on the above-mentioned idea, the present inventor sets the radial equivalent rigidity (support rigidity) to be greater than the radial rigidity of the pair of
[0021]
This measuring
[0022]
Then, the inventor uses the measuring
[0023]
On the other hand, regarding the rolling
[Expression 2]
It is represented by As is apparent from the equation (2), the stiffness value K of the
[0024]
When the theoretical curve shown in FIG. 8 is compared with the measurement result shown in FIG. 6, it can be seen that the characteristics of the two are almost the same. As a result, the present inventor confirmed that the assumption that the rolling
[0025]
By the way, from the measurement result of FIG. 6, the measured value of the radial resonance frequency varies between the A range where the support stiffness is low and the C range where the support stiffness is high, and the B range where the support stiffness value is intermediate, It can be seen that the measured value of the resonance frequency is stable. Note that the measurement values vary in the range A where the support rigidity is low. The radial support portions of the rolling
[0026]
In consideration of these matters, the rolling is performed in a state where the
Therefore, from FIG. 6, the range of the resonance frequency in the above-mentioned B range where the radial resonance frequency can be stably measured is obtained, and the stiffness (K) corresponding to this resonance frequency range is obtained in FIG.2 / K1 ), 1 <K2 / K1 It was found that ≦ 100. Therefore, the value of the support rigidity of the
[0027]
In the above description, when measuring the radial resonance frequency of the entire
[0028]
Further, when the rolling
[0029]
In the illustrated example, the rolling
[0030]
【The invention's effect】
Method for measuring radial resonance frequency of rolling bearing unit of the present inventionAnd measuring deviceSince it is configured and operates as described above, it is possible to accurately measure the radial resonance frequency of the entire rolling bearing unit, which has been difficult in the past.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a hard disk drive device incorporating a rolling bearing unit to be measured according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged sectional view showing an example of a rolling bearing unit to be measured according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional method for measuring an axial resonance frequency.
4 is a diagram showing a measurement result when a radial resonance frequency of a rolling bearing unit is measured by the method shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a first example of a state in which a radial resonance frequency of a rolling bearing unit is measured by the method of the present invention.
6 is a diagram showing a measurement result when a radial resonance frequency of a rolling bearing unit is measured by the method shown in FIG.
FIG. 7 is a schematic diagram for explaining the influence of the support rigidity of the rolling bearing unit on the measurement of the resonance frequency of the rolling bearing unit.
FIG. 8 is a diagram showing the theoretical value of the influence of the support rigidity of the rolling bearing unit on the measurement of the resonance frequency of the rolling bearing unit.
FIG. 9 is a sectional view showing a second example of a state in which the radial resonance frequency of the rolling bearing unit is measured by the method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Hard disk
2 heads
3 Swing arm
4 Rolling bearing unit
5 Substrate
6 Support shaft
7 inner cylinder
8 outer cylinder
9 Ball bearing
10 Inner ring raceway
11 Inner ring
12 Outer ring raceway
13 Outer ring
14 balls
15 Shield plate
16 steps
17 steps
18 screws
19 Retaining plate
20 Measuring device
21 Support shaft
22Exciter
23 weight
24 Vibration detector
25 steps
26 Fixing tool
27 Measuring terminal
30 First spring
31 First floating mass
32 Second spring
33 Second floating mass
34 Wall
35 Measuring device
36 Support members
37 Convex
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