JP4118993B2

JP4118993B2 - 回転機械

Info

Publication number: JP4118993B2
Application number: JP01511098A
Authority: JP
Inventors: 晴繁大澤; 朋広長谷川
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 1998-01-08
Filing date: 1998-01-08
Publication date: 2008-07-16
Anticipated expiration: 2018-01-08
Also published as: JPH11201153A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクや磁気ディスク等の円盤状記録媒体を高精度に回転駆動するに好適なスピンドルモータ等の、高精度の回転の実現に好適な回転機械に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、ハードディスク等の円盤状記録媒体を回転駆動するスピンドルモータ（回転機械の一例）においては、その高速化が進む一方で、高精度化つまりＮＲＲＯと呼ばれる回転非同期成分による振動の低減が求められている。
【０００３】
スピンドルモータにおける軸受として最もよく用いられる玉軸受は、内輪と外輪との間に複数個の転動球体を周方向等間隔に配置して構成され、理想的には振動の発生はない。しかし実際には、軸受部品の加工公差やモータ組立時の内外輪の歪み等により、僅かに振れながら（振動しながら）回転する。
【０００４】
従来では、玉軸受による励振を極力避ける目的で、内外輪、転動球体、リテーナの寸法精度向上を追求していたが、未解決になっている。即ち、軸受による振動の原因としては、（１）内輪の歪、（２）外輪の歪、（３）転動球体の相互差、（４）リテーナの不等配等が挙げられ、このうち、（３）及び（４）は、転動球体及びリテーナの製作精度を上げることにより対応することができる。しかし、（１）及び（２）については、スピンドルモータの軸受ハウジング形状の内外輪への転写や内外輪の相対的な傾き差、或いは内外輪を接着した場合の接着剤の熱収縮等により、内輪又は外輪が組立時に歪んでしばしば軌道面に周方向のうねりを生じ、この周方向のうねりにより引き起こされるＮＲＲＯによって、ロータにピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が生じていたため、単品の製作精度を上げるだけでは対応できないのが現状である。
【０００５】
本発明は、従来技術に存した上記のような問題点に鑑み行われたものであって、その目的とするところは、玉軸受の軌道面の周方向のうねりに起因する回転部のピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が、何れも効果的に抑制され、高精度の回転を実現し得る、記録媒体駆動用のスピンドルモータ等の回転機械を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の回転機械は、固定部と、回転軸線上に重心を有する回転部を有し、回転軸線方向における２以上の箇所に配装された玉軸受を介して前記固定部に対し前記回転部が回転自在に支持されてなる回転機械であって、
各玉軸受において、転動球体は周方向等間隔に配置され、
回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長い位置の玉軸受における転動球体の数が合成数であり、前記重心との回転軸線方向距離が比較的に短い位置の玉軸受における転動球体の数が素数であることを特徴とする（請求項１）。
【０００７】
回転部は、例えば、固定部に対し玉軸受によって支持された回転軸を有するものであってもよく、また例えば、固定部における固定軸部に対し玉軸受を介して回転部が支持されたものでもよい。前記の回転軸を有する回転部の場合、回転部の重心は通常回転軸の軸心線（その延長線を含む）上に位置し、前記の固定部における固定軸部に対し玉軸受を介して支持された回転部の重心は、通常固定軸部の軸心線（その延長線を含む）上に位置することとなる。なお、回転機械によって駆動される被駆動体等が回転部と一体に回転する場合においては、被駆動体等を含めた全体を回転機械として捉え、回転部及びその被駆動体等を含む全回転部の重心の位置を上述の重心の位置とすることが望ましい。
【０００８】
上記回転機械は、玉軸受を２個有し、その各玉軸受が異なる回転軸線方向位置に配装されたものとすることができる（請求項２）。但し、玉軸受の数はこれに限るものではなく、３個以上であってもよい。３個以上の場合、回転軸線方向における位置は必ずしも全ての玉軸受が互いに離隔していることを要せず、例えば２個の玉軸受が回転軸線方向に隣接して１組の玉軸受を形成するものであってもよい。
【０００９】
下記表１に、玉軸受の軌道面（固定軌道輪又は回転軌道輪）に周方向のうねりを有する場合のうねりの山数と、その玉軸受の転動球体の数（玉数）と、ラジアルＮＲＲＯ振幅との関係を示す。また、下記表２に、玉軸受の軌道面（固定軌道輪又は回転軌道輪）に周方向のうねりを有する場合のうねりの山数と、その玉軸受の転動球体の数（玉数）と、アキシャルＮＲＲＯ振幅との関係を示す。
【００１０】
なお、表１及び表２は、一定条件下における解析結果を示すものであり、表１及び表２中、「大」は０．５μｍを超える振幅、「中」は０．０１μｍ乃至０．５μｍの振幅、「小」は０．０１μｍ未満の振幅、「／」は振動が発生しないことをそれぞれ示す。
【００１１】
【表１】

【００１２】
【表２】

表１に示されるように、転動球体の数が合成数（非素数、すなわち因数を２以上有する数）であるとき、軌道面の周方向のうねりの山数が、前記の合成数（転動球体の数）若しくはその整数倍の数よりも１大きい数又は１小さい数である場合を除けば、ラジアルＮＲＲＯは転動球体の数が素数の場合よりも小さくなる。
【００１３】
また、表２に示されるように、転動球体の数が素数であるとき、軌道面の周方向のうねりの山数が、前記の素数（転動球体の数）又はその整数倍の数である場合を除けば、アキシャルＮＲＲＯは転動球体の数が合成数の場合より小さくなる。
【００１４】
回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長い位置においては、ラジアル振動が比較的大きくなり易い。従って、その位置の玉軸受は転動球体の数を合成数とし、ラジアル振動を小さくするものとする。また、回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的短い（０の場合も含む）位置においては、ラジアル振動の振幅が比較的小さいため、その位置の玉受軸は転動球体の数を素数とする。
【００１５】
なお、この回転機械は電動機とすることができ、この電動機は、ハードディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ等の光ディスクを始めとする記録媒体、特に円盤状記録媒体を駆動するためのスピンドルモータの他、種々の電動機として用いることができる。
【００１６】
転動球体の数が合成数である上記玉軸受、すなわち回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長い位置の玉軸受において、軌道面の周方向のうねりの山数が、前記の合成数（転動球体の数）若しくはその整数倍の数よりも１大きい数又は１小さい数である場合を除けば、表１に示されるように、その位置における回転部のラジアル振動は転動球体が素数の場合よりも小さく抑えることができる。
【００１７】
転動球体の数が素数である上記玉軸受、すなわち回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に短い位置の玉軸受において、軌道面の周方向のうねりの山数が、前記の合成数（転動球体の数）若しくはその整数倍の数である場合を除けば、表２に示されるように、その位置における回転部のアキシャル振動は転動球体が合成数の場合よりも小さく抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、ハードディスク（記録媒体の一例）が装着された軸回転型のハードディスク駆動用スピンドルモータ（回転機械の一例）の断面図、図２は、そのスピンドルモータの上玉軸受の拡大平面図、図３は、そのスピンドルモータの下玉軸受の拡大平面図である。
【００２０】
このスピンドルモータは、ハードディスク駆動装置の基盤に固定されるブラケット１０の環状凹部１０ａの内周側に立設された略円筒形状の軸受ハウジング部１０ｂに対し、軸心方向に同軸状に配列された上下ラジアル玉軸受１２・１４を介して、ロータハブ１６と一体をなす回転軸１８が回転自在に支持されてなる。なお、ブラケットはハードディスク駆動装置の基盤に一体に形成されていてもよい。
【００２１】
ブラケット１０の軸受ハウジング部１０ｂの外周部には、ステータコイル２０が巻回されたステータコア２２が外嵌固定されている。環状凹部１０ａの上部外周側には、環状張出部１０ｃを有する。
【００２２】
ロータハブ１６は、略椀形状をなし、その外周壁の外周部に、円筒面部１６ｂ１と環状の外方突部１６ｂ２を備えた記録媒体保持部１６ｂを有する。ロータハブ１６の中央部には、下向きに突出する回転軸１８が同軸状に内嵌固定されている。回転軸１８の外径は、実質上一定である。ロータハブ１６の外周壁には、ロータマグネット２４が内嵌固定されてステータコア２２に相対している。
【００２３】
円筒面部１６ｂ１には２枚のハードディスク２６が環状スペーサ２８を挟んで外嵌され、ロータハブ１６に取り付けられたクランプ部材３０と外方突部１６ｂ２の間にそれらのハードディスク２６が挟圧固定されている。
【００２４】
上下ラジアル玉軸受１２・１４の外輪１２ａ・１４ａは、軸受ハウジング部１０ｂの内周部に圧入され、外輪１２ａ・１４ａの外周面と軸受ハウジング部１０ｂの内周面は、圧接状態で接着剤により固定されている。
【００２５】
上下ラジアル玉軸受１２・１４における外輪１２ａ・１４ａの軌道面と内輪１２ｂ・１４ｂの軌道面の間には、それぞれ複数個の転動球体３２・３４がリテーナ（図示を略す）によって等間隔に配置されている。なお、実際には、転動球体の円滑な回転のために、そのリテーナの適個所にグリースが適量充填されており、さらに外輪１２ａ・１４ａと内輪１２ｂ・１４ｂの間の軸心方向両端面或いは一方の端面にグリースの流出を防止する円環状シールド板が設けられている。
【００２６】
なお、軸受ハウジング部１０ｂの下方開口部は、シール部材８０により密封されている。
【００２７】
ロータハブ１６、ロータマグネット２４、ハードディスク２６、環状スペーサ２８、クランプ部材３０、及び上下ラジアル玉軸受１２・１４の内輪１２ｂ・１４ｂによって構成される全回転部の重心Ｇ１は、回転軸１８の軸心線における中央よりも上方に位置する。
【００２８】
重心Ｇ１との回転軸線方向距離が比較的に短く、ラジアル振動の振幅が比較的小さい位置に位置する上ラジアル玉軸受１２は、図２に示すように転動球体３２の個数を１１、すなわち素数としている。従って、上ラジアル玉軸受１２のアキシャルＮＲＲＯは小さく抑えられる。
【００２９】
一方、重心Ｇ１との回転軸線方向距離が比較的に長く、ラジアル振動の振幅が比較的大きくなり易い位置に位置する下ラジアル玉軸受１４は、図３に示すように転動球体３４の個数を１２、すなわち２種以上の因数を有する合成数としている。従って、下ラジアル玉軸受１４のラジアルＮＲＲＯは小さく抑えられる。
【００３０】
こうして、回転部のピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が何れも抑えられる。
【００３１】
図４は、ハードディスク（記録媒体の一例）が装着された軸固定型のハードディスク駆動用スピンドルモータ（回転機械の一例）の断面図である。
【００３２】
このスピンドルモータは、ハードディスク駆動装置の基盤に固定されるブラケット５０の中央嵌合孔に下端部が圧入固定されて立設された固定軸体５２に対し、軸心方向に同軸状に配列された上下ラジアル玉軸受５４・５６を介して、ロータハブ５８が回転自在に支持されてなる。
【００３３】
ブラケット５０における、ロータハブ５８の内周壁部５８ａの外方側には、円筒状壁部５０ａが立設され、その外周部にステータコイル６２が巻回されたステータコア６４が外嵌固定され、ロータハブ５８の外周壁に内嵌固定されたロータマグネット６６と相対している。ロータハブ５８にはハードディスク６８が外嵌され、ロータハブ５８に取り付けられたクランプ部材７０とロータハブ５８のデイスク受け部５８ｂの間に挟圧固定されている。
【００３４】
上下ラジアル玉軸受５４・５６の外輪５４ａ・５６ａは、ロータハブ５８の内周壁部５８ａに圧入され、外輪５４ａ・５６ａの外周面とロータハブ５８の内周壁部５８ａの内周面は、圧接状態で接着剤により固定されている。また、上下ラジアル玉軸受５４・５６の内輪５４ｂ・５６ｂには、固定軸体５２が圧入され、内輪５４ｂ・５６ｂの内周面と固定軸体５２の外周面は圧接状態で接着剤により固定されている。
【００３５】
上下ラジアル玉軸受５４・５６における外輪５４ａ・５６ａの軌道面と内輪５４ｂ・５６ｂの弧状断面の軌道面の間には、図１のスピンドルモータと同様に、それぞれ複数個の転動球体がリテーナ（図示を略す）によって等間隔に配置されている。
【００３６】
ロータハブ５８、ロータマグネット６６、ハードディスク６８、クランプ部材７０、及び上下ラジアル玉軸受５４・５６の外輪５４ａ・５６ａによって構成される全回転部の重心Ｇ２は、固定軸体５２の軸心線における中央に位置する。
【００３７】
重心Ｇ２との回転軸線方向距離が比較的に長く、ラジアル振動の振幅が比較的大きくなり易い位置に位置する上ラジアル玉軸受５４は、転動球体７２の個数を１２、すなわち２種以上の因数を有する合成数としている。従って、表１に示されるようにその回転軸線方向位置における回転部のラジアルＮＲＲＯが小さく抑えられる。
【００３８】
一方、重心Ｇ２との回転軸線方向距離が比較的に短く、ラジアル振動の振幅が比較的小さい位置に位置する下ラジアル玉軸受５６は、転動球体７４の個数を１１、すなわち素数としている。従って、表２に示されるように、その回転軸線方向位置における回転部のアキシャルＮＲＲＯが小さく抑えられる。
【００３９】
こうして、回転部のピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が何れも抑えられる。
【００４０】
なお、以上の実施の形態についての記述における上下位置関係は、単に図に基づいた説明の便宜のためのものであって、実際の使用状態等を限定するものではない。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の回転機械においては、回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長いためラジアル振動の振幅が比較的大きくなり易い回転軸線方向位置における回転部のラジアルＮＲＲＯが抑えられ、回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に短いためラジアル振動の振幅が比較的小さい回転軸線方向位置における回転部のアキシャルＮＲＲＯが抑えられる。そのため、玉軸受の軌道面の周方向のうねりに起因する回転部のピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が、何れも効果的に抑制され、高精度の回転が実現される。
【００４２】
従って、例えば本発明の回転機械が記録媒体駆動用のスピンドルモータである場合、記録媒体、特に円盤状記録媒体の回転精度を向上させてエラー発生を確実に防止しつつ記録密度を向上させる上で効果が高い。
【００４３】
請求項３の回転機械においては、回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長いためラジアル方向の振動の振幅が比較的大きくなり易い位置における回転部のラジアルＮＲＲＯがより確実性高く抑えられるので、回転部のピッチング振動及びパラレル振動が、何れもより効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸回転型のハードディスク駆動用スピンドルモータの断面図である。
【図２】スピンドルモータの上玉軸受の拡大平面図である。
【図３】スピンドルモータの下玉軸受の拡大平面図である。
【図４】軸固定型のハードディスク駆動用スピンドルモータ）の断面図である。
【符号の説明】
１２上ラジアル玉軸受
１４下ラジアル玉軸受
１６ロータハブ
２６ハードディスク
３０クランプ部材
３２転動球体
３４転動球体

Claims

固定部と、回転軸線上に重心を有する回転部を有し、回転軸線方向における２以上の箇所に配装された玉軸受を介して前記固定部に対し前記回転部が回転自在に支持されてなる回転機械であって、
各玉軸受において、転動球体は周方向等間隔に配置され、
回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長くラジアル振動が比較的大きくなりやすい位置の玉軸受における転動球体の数を、ラジアルＮＲＲＯが素数の場合より小さくなるよう合成数とし、前記重心との回転軸線方向距離が比較的に短くラジアル振動の振幅が比較的小さい位置の玉軸受における転動球体の数を、アキシャルＮＲＲＯが合成数の場合より小さくなる素数としたことを特徴とする回転機械。
玉軸受を２個有し、その各玉軸受が異なる回転軸線方向位置に配装された請求項１記載の回転機械。
回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長い位置の玉軸受における転動球体の数が、２種以上の因数を有する合成数である請求項１又は２記載の回転機械。