【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転部材を固定部材にシャフトにより回転可能に支持した軸受装置およびそれを使用した回転ヘッド装置に関するもので、特に、信頼性、性能を大きく低下させることなくより安価に構成できる具体的手段を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、磁気テープを案内するリード溝を外周面に有する固定ドラムに、磁気ヘッドを担持する回転ドラムを同軸的に回転可能に取付け、前記回転ドラムを回転させながら磁気テープを前記リード溝に沿って走行せしめて、情報を記録再生する回転ヘッド型磁気記録再生装置において、従来、前記回転ドラムは、固定ドラムに圧入されたシャフトに対し、２個のラジアル玉軸受にて回転自在に支持されている。前記ラジアル玉軸受は、所定の曲面を有する内輪と外輪との間に複数個のボールを支持することで構成され、初期の状態では内輪とボール、ボールと外輪のそれぞれの間に数マイクロメーターの隙間を持つように設定されている。
【０００３】
そして、前記ラジアル玉軸受がスラスト方向に加圧され、内輪と外輪がスラスト方向に位置ずれすることによって、前記内輪の曲面とボールおよびボールと前記外輪の曲面とを当接せしめ、前記内輪と外輪の曲面に、ボールはスラスト方向から所定の角度を持って当接し、そのベクトル成分によってスラスト方向とラジアル方向にそれぞれ保持力を有することとなる。このことによって、前記回転ドラムはスラスト、ラジアルの両方向に所定の保持力を持って支持されることとなる。この際、スラスト方向への加圧手段として、組立時にラジアル玉軸受に直接または間接に錘などで荷重した状態で、その状態を保持する為に、たわんだ状態のバネをボスなどで固定するか接着剤で固定する方法が取られている。
【０００４】
以下に、従来の技術によるラジアル玉軸受を使用した回転ヘッド装置を図４および図２を用いて説明する。図４は、ラジアル玉軸受を使用した回転ヘッド装置の断面図であり、図２はラジアル玉軸受の内部構造を模式的に示す断面図である。
【０００５】
図４において、１は、外周に所定のリード溝（図示せず）を有し、基板（図示せず）に固定された円筒状の固定ドラムであり、２は前記固定ドラム１の中心に圧入固定されたシャフトである。３は前記シャフト２に内輪が固定され、外輪が回転ドラム３に固定された２個のラジアル玉軸受４により、前記シャフト２に回転可能に支持された円筒状の回転ドラムであり、磁気ヘッド８が取付けられている。
【０００６】
６は前記回転ドラム３を回転させるブラシレスモータを構成するための環状のロータマグネット７を具備する円盤状のロータであり、前記回転ドラム３の下端部に固定されている。７ａはブラシレスモータのステーターとなる駆動コイルであり、前記マグネット７による磁束を収束する為の磁性体を基材としたプリント基板９に複数個環状に接着にて固定されている。前記プリント基板９は、前記駆動コイル７ａが前記ロータマグネット７と所定の間隙を介して対向するように固定ドラム１に固定されている。
【０００７】
図２に、前記ラジアル玉軸受４の詳細断面図を示す。玉軸受の主要構成部品として内輪１１、外輪１２およびボール１３がある。内輪１１は、前記シャフト２にしっくり嵌合で挿入されており、シャフト２と一体に固定されている。外輪１２は、前記回転ドラム３に焼き嵌めで挿入されており、回転ドラム３と一体で回転する。ボール１３は、内輪１１、外輪１２の間に複数個配置され、内輪１１とボール１３、外輪１２とボール１３の間でそれぞれ点接触しており、グリスによって潤滑されている。内輪１１、外輪１２にはそれぞれ円弧状の研磨加工が施されており、無負荷状態では、それぞれボール１３との間に数マイクロメーターの隙間を持たせる様に組み立てられている。寸法Ａは前記のボール１３と外輪１２との隙間を示している。
【０００８】
この状態で、前記ラジアル玉軸受４の内輪１１と外輪１２にスラスト力が掛かるように構成することで、前記内輪１１と外輪１２がスラスト方向に位置ずれし、それぞれボール１３と点接触する。内輪１１、外輪１２とボール１３との隙間や内輪１１、外輪１２の円弧形状によって、所定の接触角度でもって支持される。前記の接触角度によるベクトルによって、ラジアル玉軸受１個でラジアル方向だけでなくスラスト方向も支持可能となる。ここで図２は、正規の寸法とは関係なく内輪・外輪とボールとの位置関係や接触角度を解り易く示している。寸法Ｂは前記の内輪１１と外輪１２とのスラスト方向の位置ずれ量を示している。
【０００９】
次に、図４において、前記のラジアル玉軸受４にスラスト方向の与圧を付加する為に、前記ラジアル玉軸受４との間にバネ１６を配置し、ビス１７でボス１０をシャフト２に固定している。ここで、固定ドラム１を下にして保持し、ボス１０の上に所定の重量を有する錘を乗せた状態でビス締めする。このことで、バネ１６がスラスト方向に圧縮された状態で保持され、ラジアル玉軸受４にスラスト力が付加される。
【００１０】
前記磁気ヘッド８は、磁気記録再生の為に位置精度や外力による位置ずれ量が厳しく管理される。また、前記回転ドラム３の回転によって生じる振動や前記ブラシレスモータが発生させる振動による振動音などの問題もある。この為、前記ラジアル玉軸受の内輪、外輪の曲面形状、および内輪、外輪とボールとの隙間、さらにはラジアル玉軸受の内輪と外輪とにかかるスラスト力を厳しく管理することが必要となる。スラスト方向の保持力が弱すぎると位置ずれや振動が大きくなり、磁気記録再生された信号に影響が出る。図２に示すベクトル成分の関係によってラジアル方向の保持力と比べてスラスト方向が小さくなることから、スラスト方向の保持力を強くすると、ラジアル玉軸受の内輪、外輪とボールとの間の油膜強度によって軸受の寿命が短くなる。さらには関係寸法や前記荷重ばらつきによるスラスト力の大小によって、前記回転ドラム３、磁気ヘッド８の高さが変化するといった課題もある。上記の課題により、各部品の精度および組立の精度を高精度とする必要があり、高精度の旋盤および組立設備や加工工数によって回転ヘッド装置の価格も高くなってくる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上の構成によって、前記固定ドラムに圧入されたシャフトに対し、前記回転ドラムがラジアル玉軸受２個にて回転自在に支持された回転へッド装置が性能および信頼性を満足させている。しかし、比較的高価なラジアル玉軸受を２個使用していること、また、多数の部品で構成されることから、温度特性によって相対的な位置関係が変化し、スラスト方向の与圧量が変化するという問題があった。こうした課題のなか、ラジアル玉軸受を別の軸受機構に置き換えることが検討されている。
【００１２】
その１つは、シャフトもしくはシャフトに対応する部位にグルーブを設け、前記シャフトと前記シャフトに対応する部位との間に油を介在させる流体軸受がその一例であり、特にスラスト方向の剛性を高めることにおいて成功している。しかし、シャフトと対応する側の材質やグルーブの加工費の問題もあって、ラジアル玉軸受を使用した構成より高価であるのが現状である。
【００１３】
高価であるといった課題を解決する為、ラジアル玉軸受を含油焼結メタルに置き換えるといった取組みも検討されている。さらに、含油焼結メタル軸受より安価な樹脂軸受に置き換えるといった提案もなされている。しかし、スラスト軸受を別途設ける必要が有り、コストメリットが出し難いのが現状である。また、前記含油焼結メタルと前記シャフトとの間には隙間が必要であることから、原理的にラジアル方向のガタが発生する。この課題を、高精度化や含油焼結メタルへのグルーブ形成といった手段で対策しようとしているが、現状では解決の目処が立っていない。またこうした対策手段やスラスト軸受の構成によって、逆に高価となる可能性も持っている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の軸受装置およびそれを使用した回転ヘッド装置は、２個の軸受の一方にラジアル玉軸受を用い、他の一方にメタル含油軸受または樹脂軸受を用いた構成としたことを特徴とするものであり、軸受装置の信頼性を劣化させることなく、低価格な軸受装置が提供可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、回転部材と固定部材のいずれか一方に固定されたシャフトを、内輪が前記シャフトに固定され、外輪が他方の部材に固定された１個のラジアル玉軸受と、外周が前記固定部材に固定された１個の含油焼結メタル軸受または樹脂軸受とにより保持して、前記回転部材を前記固定部材に対してで回転可能に保持するとともに、前記ラジアル玉軸受にスラスト方向の予圧を与えることにより、前記玉軸受にスラスト方向の支持機能をも持たせたことを特徴とする軸受装置であり、従来高価なラジアル玉軸受を２個使用していたものの一方を安価な含油焼結メタル軸受または樹脂軸受に置換えを可能としたもので、安価な軸受装置を提供することができる。
【００１６】
本発明の請求項２に記載の発明は、前記ラジアル玉軸受を、慣性の大きい側または負荷の大きい側に配置したことを特徴とする請求項１記載の軸受装置であり、回転部材の回転に伴う振動や荷重を、含油焼結メタル軸受または樹脂軸受に比べてより精度良く、耐久性の良いラジアル玉軸受でより高い比率で支持することとなるため、より安定した信頼性のある軸受装置が望めるものである。
【００１７】
本発明の請求項３に記載の発明は、外周に磁気テープを案内するリード溝を有する固定ドラムと、磁気ヘッドを担持した回転ドラムのいずれか一方のドラムに固定されたシャフトを、内輪が前記シャフトに固定され、外輪が他方のドラムに固定された１個のラジアル玉軸受と、外周が前記固定固定に固定された１個の含油焼結メタル軸受または樹脂軸受とにより保持して、前記回転ドラムを前記固定ドラムに対してで回転可能に保持するとともに、前記ラジアル玉軸受にスラスト方向の予圧を与えることにより、前記玉軸受にスラスト方向の支持機能をも持たせたことを特徴とする回転ヘッド装置であり、従来高価なラジアル玉軸受を２個使用していたものの一方を安価な含油焼結メタル軸受または樹脂軸受に置換えられるので、より安価な回転へッド装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の請求項４に記載の発明は、前記回転ドラムにロータマグネットを固定し、前記固定ドラムに前記ロータマグネットに対向するように駆動コイルを固定することにより、前記回転ドラムが固定ドラムに対して回転駆動されるモータを構成するとともに、前記ロータマグネットによる磁気吸引力を前記予圧力として利用したことを特徴とする請求項３記載の回転ヘッド装置であり、回転ドラムを回転駆動するためのモータのロータマグネットの磁気吸引力を予圧力として利用しているため、特に新たに予圧を与えるための機構は不要になるとともに、長期間安定な予圧力を与えるものである。
【００１９】
本発明の請求項５に記載の発明は、前記磁気吸引力を５〜１５ニュートンの範囲に設定したことを特徴とする請求項項４記載の回転へッド装置であり、回転ヘッド装置の軸受部の信頼性を向上させるものである。
【００２０】
本発明の請求項６に記載の発明は、前記ラジアル玉軸受を、前記含油焼結メタル軸受けまたは樹脂軸受に比べて、より前記磁気ヘッドに近い側に配置したことを特徴とする請求項３記載の回転ヘッド装置であり、磁気ヘッドの近傍のシャフトをより精度の良いラジアル玉軸受で保持しているため、磁気へッドの安定な回転が望めるものである。
【００２１】
（実施の形態１）
以下に、本発明の請求項に記載された発明の実施の形態について、図１を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本発明による回転ヘッド装置の断面図を示すもので、図４に示した前述の回転ヘッド装置と同一構成部位には同一符号を付している。前述の回転ヘッド装置と特に構成の異なる点は、２個のラジアル軸受４の一方を含油焼結メタル軸受または樹脂軸受け５に置き換えた点と、ラジアル玉軸受４に予圧を印加するためのバネ１６等の付加構成を有していない点である。
【００２３】
図１の構成において、前記ロータマグネット７と前記プリント基板９の磁性体との間に磁気吸引力が働くことによって、前記回転ドラム３は前記固定ドラム１側に引っ張られる。この結果、前記ラジアル玉軸受４の内輪１１と外輪１２にスラスト力が掛り、前記内輪１１と外輪１２がスラスト方向に位置ずれすることで、それぞれボール１３と点接触する。前記ラジアル玉軸受４は、内輪１１、外輪１２とボール１３との隙間や内輪１１、外輪１２の円弧形状によって、所定の接触角度でもって支持される。前記の接触角度によるベクトル成分によって、ラジアル玉軸受１個にてラジアル方向だけでなくスラスト方向も支持可能となっている。ラジアル方向に支持する力としては、ラジアル玉軸受１個で充分であるが、モーメント力による振れ廻りを防ぐ目的で、含油軸受メタル軸受または樹脂軸受５をもう一方の側に使用する形となっている。
【００２４】
ここで、ラジアル玉軸受４を固定ドラム１側に配置しているのは、位置規制の精度が高いラジアル玉軸受４を中心に含油焼結メタル軸受または樹脂軸受５とシャフト２間のガタ分、前記磁気ヘッド８の位置が動くこととなるから、その移動量を抑えるために、磁気ヘッド８に近い側にラジアル軸受４を配置している。また、前記含油焼結メタル軸受または樹脂軸受５の摩耗を抑える為には、各軸受に負荷される重量のバランスで、ラジアル玉軸受４の側に重量が偏る方が、軸受装置としての信頼性が向上することとなる。前記の２つの要素を両方満足する様に、全体の構成を設定することが望ましいが、両方を満足することができない場合は、磁気ヘッド８にラジアル玉軸受のスラスト方向の距離を近づけることを優先させている。
【００２５】
また、前記のラジアル玉軸受４に負荷されるスラスト力を前記ロータマグネット７による磁気吸引力とすることで、組立精度や温度特性によるスラスト力の変動を抑えることができる。また、前記ロータマグネット７の形状を変えたり、ロータマグネット７と磁性材を基材とするプリント配線板９との距離を変える、さらには別個の永久磁石を追加するなどの手段によって、前記のラジアル玉軸受４に負荷されるスラスト力を自由に設定することが可能である。これらによって、軸受装置の性能や信頼性を満足させる為に、ラジアル玉軸受４に負荷されるスラスト力を最適な値に設定可能となる。
【００２６】
ラジアル玉軸受４の内輪１１、外輪１２とボール１３との隙間の大きさや内輪１１、外輪１２の円弧形状などによって、ラジアル玉軸受にとって最適なスラスト力は変化する場合はある。しかし、現在使用されている内輪、外輪やボールの材質やグリスの潤滑特性においては、スラスト力１０ニュートンが最適であり、５ニュートン以下ではボールと内輪、外輪との接触が不十分で不安定となり、１５ニュートン以上ではグリスの潤滑膜の破損からラジアル玉軸受の寿命が短くなる。
【００２７】
この様に前記ラジアル玉軸受４に与圧する為のスラスト力をロータマグネットの磁気吸引力とすることのメリットを、以下に列挙する。第一に、機能としての与圧ボスおよび与圧バネなどの別部材が不要となる。第二に、組立時に与圧を与える設備および加工工賃が不要となる。第三に、組立上のばらつきによる与圧量のばらつきを低減することができる。第四に、温度特性による与圧量の変化を低減することができる。第五に、組立時や製品組込みもしくは製品出荷後の突発的な外力による非可逆的な変化が無くなるなどが挙げられる。
【００２８】
以上説明した様に、ラジアル玉軸受の一方を含油メタル軸受または樹脂軸受に置き換えることで、特に、大きく信頼性を劣化させることなく低価格化が可能である。回転ヘッド装置と同様に、ラジアル玉軸受を使用したモータでスラスト方向の位置規制が厳しいもの、例えばハードディスクドライブ用のスピンドルモータなどにおいても、同様にラジアル玉軸受１個と含油焼結メタル軸受もしくは樹脂軸受１個でシャフトを回転自在に支持する構成を取ることで、信頼性を劣化させることなく低価格化が可能である。
【００２９】
（実施の形態２）
次に、本発明の他の実施の形態について、図３を用いて説明する。図１で説明した回転ヘッド装置と類似する部位には同一符号を付している。前述の回転ヘッド装置と大きく異なる点は、回転ドラム３の上部にロータリマグネット７を配置し、シャフト２の上端部に固定されたボス１０に駆動コイル７ａを配置してブラシレスモータを構成しており、また、前記ボス１０に近い側にラジアル軸受４を、固定ドラム１に近い側に含油焼結軸受または樹脂軸受５を配置している点である。
【００３０】
すなわち、回転ドラム３は、ボス１０にて前記ラジアル玉軸受４を介して位置規制されている。
【００３１】
図３の構成においても、前記ロータマグネット７とプリント基板９の磁性体との間に磁気吸引力が働くことによって、前記回転ドラム３は前記ボス１０側に引っ張られる。この結果、前記ラジアル玉軸受４の内輪１１と外輪１２にスラスト力が掛り、前記内輪１１と外輪１２がスラスト方向に位置ずれすることで、それぞれボール１３と点接触する。前記ラジアル玉軸受４は、内輪１１、外輪１２とボール１３との隙間や内輪１１、外輪１２の円弧形状によって、所定の接触角度でもって支持される。前記の接触角度によるベクトル成分によって、ラジアル玉軸受１個にてラジアル方向だけでなくスラスト方向も支持可能となっている。ラジアル方向に支持する力としては、ラジアル玉軸受１個で充分であるが、モーメント力による振れ廻りを防ぐ目的で、含油軸受メタル軸受または樹脂軸受５をもう一方の側に使用する形となっている。
【００３２】
ここで、ラジアル玉軸受４をボス１０側に配置しているのは、位置規制の精度が高いラジアル玉軸受４を中心に含油焼結メタル軸受または樹脂軸受５とシャフト２間のガタ分、前記磁気ヘッド８の位置が動くこととなるから、その移動量を抑えることを目的としている。また、前記含油焼結メタル軸受または樹脂軸受５の摩耗を抑える為には、各軸受に負荷される重量のバランスで、ラジアル玉軸受４の側に重量が偏る方が、軸受の信頼性が向上することとなる。前記の２つの要素を両方満足する様に、全体の構成を設定することが望ましいが、両方を満足することができない場合は、磁気ヘッドとラジアル玉軸受の距離を近づけることを優先することとなる。
【００３３】
また、図３の構成においては、含油焼結メタル軸受５が前記回転ドラム３と固定ドラム１に囲まれていることから、前記含油焼結メタル軸受と前記シャフト２が摺動することで発生する油が回転へッド装置から飛び出すことを防ぐ効果がある。また、磁気ヘッド８の高さ位置を以下の要領で高精度に位置規制することも可能である。
【００３４】
図３において、前記固定ドラム１に圧入されたシャフト２に、前記円盤状ロータ６、前記ラジアル玉軸受４、および前記含油焼結メタル軸受５が固定された前記回転ドラム３を挿入後、前記ボス１０をスラスト力が加えられない状態でビス１４にて固定する。この場合、前記ラジアル玉軸受４にスラスト力がかからないことから、前記ラジアル玉軸受４の内輪１１と外輪１２との間の位置ずれが生じない状態で組込まれることとなる。この結果、前記回転ドラム３に固定された磁気ヘッド８の高さは、前記回転ドラム３と固定ドラム１の互いに対向する面が当接することで規制される。
【００３５】
この状態で、前記円盤状ロータ６に取付けられたロータマグネット７による磁束を収束する為の磁性体を基材としたプリント基板９に接着にて固定したステータを、前記ボス１０にビス１５で固定する。すると前記ロータマグネット７と前記プリント基板９の磁性体との間に働く磁気吸引力によって、前記回転ドラム３はボス１０側にラジアル玉軸受４の形状で取決められた高さ、図２の寸法Ａ分だけ移動することとなる。つまり、余分な設備や治具を用意する必要もなく高精度に磁気ヘッドの高さ方向の位置規制を行うことを可能としている。
【００３６】
また、ラジアル玉軸受を使用したモータにおいても、前述の回転へッド装置と同様の手段を取ることによって、ハードディスクのスピンドルモータをはじめとする種々のモータにおいても前記ラジアル玉軸受の一方を含油焼結メタル軸受もしくは樹脂軸受に置き換えることが可能である。ただし、特にハードディスクのスピンドルモータにおいては、ディスクの搭載による荷重条件の変化や含油焼結メタル軸受の油漏れ、さらにはスラスト方向の軸剛性の重要性などによって、以下の対応に配慮する必要がある。
【００３７】
第一に、スピンドルモータに対するディスクの配置条件、シャフトに対してディスクの重心がどこになるかといったことで、シャフト中央部に重心がある場合は、どちらか一方をラジアル玉軸受でなくすことによって、信頼性上の問題が発生する恐れが高くなる。第二に、ハードディスクにおいてはディスクとヘッドの間に微細な隙間しか持たないことから、ゴミなどの混入を避ける必要がある。これに対して、含油焼結メタル軸受をオープンな形で使用すると、油が飛散することとなる為、前記含油焼結メタル軸受は回転側と固定側に囲まれた部位に配置され、さらにラビリンス効果などを駆使することで油飛散対策を施す必要がある。第三に、ディスクとヘッドの間に微細な隙間しか持たないことから、スラスト方向には高剛性が求められることとなる。図２におけるラジアル玉軸受のラジアル隙間Ａの値を大きく取ることで、スラスト方向への加圧によるボールとの接触角を大きく取る必要がある。
【００３８】
以上のような対応を取ることで、前記のハーディスクのスピンドルモータにおいても前記の回転へッド装置と同様な効果を得ることが可能である。なお、以上の軸受装置においては、シャフト２は固定ドラム１，すなわち、固定部材側に固定されている例を示したが、回転ドラム３，すなわち、回転部材側にシャフト２を固定し、このシャフト２を１個のラジアル玉軸受と１個の含油焼結メタル軸受または樹脂軸受で固定部材に回転可能に支持する軸受装置にも適用できるものである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の軸受装置およびそれを用いた回転へッド装置によれば、構造と組立作業を簡素化し、軸受装置および回転へッド装置を低価格で供給可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における回転ヘッド装置の断面図
【図２】ラジアル玉軸受の断面を模式的に示す断面図
【図３】本発明の実施の形態２における回転ヘッド装置の断面図
【図４】従来の回転ヘッド装置の断面図
【符号の説明】
１ 固定ドラム
２ シャフト
３ 回転ドラム
４ ラジアル玉軸受
５ 含油焼結メタル軸受
６ 円盤状ロータ
７ ロータマグネット
７ａ 駆動コイル
８ 磁気ヘッド
９ 磁性体を基材としたプリント基板
１０ ボス
１１ ラジアル玉軸受の内輪
１２ ラジアル玉軸受の外輪
１３ ラジアル玉軸受のボール
１６ バネ
１７ ビス[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing device in which a rotating member is rotatably supported on a fixed member by a shaft, and a rotating head device using the same. Is provided.
[0002]
[Prior art]
For example, a rotating drum carrying a magnetic head is coaxially rotatably mounted on a fixed drum having a lead groove for guiding a magnetic tape on an outer peripheral surface, and the magnetic tape is moved along the lead groove while rotating the rotating drum. Conventionally, in a rotary head type magnetic recording / reproducing apparatus that records and reproduces information while running, the rotary drum is conventionally rotatably supported by a shaft pressed into a fixed drum by two radial ball bearings. . The radial ball bearing is configured by supporting a plurality of balls between an inner ring and an outer ring having a predetermined curved surface.In an initial state, the inner ring and the balls, several micrometers between each of the balls and the outer ring. It is set to have a gap.
[0003]
Then, the radial ball bearing is pressurized in the thrust direction, and the inner ring and the outer ring are displaced in the thrust direction, whereby the curved surface of the inner ring and the ball and the curved surface of the ball and the outer ring are brought into contact with each other, and the inner ring and the outer ring The ball abuts on the curved surface at a predetermined angle from the thrust direction, and has a holding force in each of the thrust direction and the radial direction by its vector component. As a result, the rotary drum is supported with a predetermined holding force in both the thrust and radial directions. At this time, as a pressing means in the thrust direction, in order to maintain the state in which the weight is directly or indirectly applied to the radial ball bearing at the time of assembly by a weight or the like, a bent spring is fixed with a boss or the like. A method of fixing with an adhesive is used.
[0004]
Hereinafter, a rotary head device using a conventional radial ball bearing will be described with reference to FIGS. FIG. 4 is a cross-sectional view of a rotary head device using a radial ball bearing, and FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an internal structure of the radial ball bearing.
[0005]
In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a cylindrical fixed drum having a predetermined lead groove (not shown) on the outer periphery and fixed to a substrate (not shown). It is a fixed shaft. Reference numeral 3 denotes a cylindrical rotary drum rotatably supported on the shaft 2 by two radial ball bearings 4 having an inner ring fixed to the shaft 2 and an outer ring fixed to the rotary drum 3. Is installed.
[0006]
Reference numeral 6 denotes a disk-shaped rotor having an annular rotor magnet 7 for constituting a brushless motor for rotating the rotary drum 3, and is fixed to a lower end of the rotary drum 3. Reference numeral 7a denotes a drive coil serving as a stator of the brushless motor, and a plurality of the coils are fixed to a printed circuit board 9 made of a magnetic material for converging the magnetic flux generated by the magnet 7 in a ring shape. The printed board 9 is fixed to the fixed drum 1 such that the drive coil 7a faces the rotor magnet 7 with a predetermined gap therebetween.
[0007]
FIG. 2 shows a detailed sectional view of the radial ball bearing 4. The main components of the ball bearing include an inner ring 11, an outer ring 12, and a ball 13. The inner ring 11 is inserted into the shaft 2 by fitting and is fixed integrally with the shaft 2. The outer ring 12 is inserted into the rotary drum 3 by shrink fitting, and rotates integrally with the rotary drum 3. A plurality of balls 13 are arranged between the inner ring 11 and the outer ring 12 and are in point contact with the inner ring 11 and the ball 13 and between the outer ring 12 and the ball 13, respectively, and are lubricated with grease. The inner ring 11 and the outer ring 12 are each polished in an arc shape, and are assembled so that a gap of several micrometers is provided between the inner ring 11 and the outer ring 12 when no load is applied. The dimension A indicates the gap between the ball 13 and the outer ring 12.
[0008]
In this state, by configuring the inner ring 11 and the outer ring 12 of the radial ball bearing 4 to apply a thrust force, the inner ring 11 and the outer ring 12 are displaced in the thrust direction, and each makes a point contact with the ball 13. It is supported at a predetermined contact angle by the gap between the inner ring 11 and the outer ring 12 and the ball 13 and the arc shape of the inner ring 11 and the outer ring 12. By the vector based on the contact angle, one radial ball bearing can support not only the radial direction but also the thrust direction. Here, FIG. 2 shows the positional relationship and the contact angle between the inner ring / outer ring and the ball irrespective of the regular dimensions so as to be easily understood. The dimension B indicates the amount of displacement of the inner ring 11 and the outer ring 12 in the thrust direction.
[0009]
Next, in FIG. 4, a spring 16 is arranged between the radial ball bearing 4 and the radial ball bearing 4 in order to apply a preload in the thrust direction, and the boss 10 is fixed to the shaft 2 with a screw 17. are doing. Here, the fixed drum 1 is held down, and screws are tightened with a weight having a predetermined weight placed on the boss 10. As a result, the spring 16 is held in a state of being compressed in the thrust direction, and a thrust force is applied to the radial ball bearing 4.
[0010]
The magnetic head 8 is strictly controlled for positional accuracy and positional deviation due to external force for magnetic recording and reproduction. There are also problems such as vibration generated by the rotation of the rotary drum 3 and vibration generated by the brushless motor. Therefore, it is necessary to strictly control the curved shapes of the inner ring and the outer ring of the radial ball bearing, the gap between the inner ring, the outer ring and the ball, and the thrust force applied to the inner ring and the outer ring of the radial ball bearing. If the holding force in the thrust direction is too weak, the displacement and vibration increase, and the magnetically recorded / reproduced signal is affected. Since the thrust direction is smaller than the radial holding force due to the relationship of the vector components shown in FIG. 2, if the holding force in the thrust direction is increased, the oil film strength between the inner ring, the outer ring and the ball of the radial ball bearing increases. The life of the bearing is shortened. Further, there is a problem that the heights of the rotary drum 3 and the magnetic head 8 change depending on the size of the thrust force due to the related dimension and the load variation. Due to the above problems, it is necessary to increase the precision of each part and the precision of assembly, and the cost of the rotary head device is also increased due to the high precision lathe, assembly equipment, and processing man-hours.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
With the configuration described above, the rotary head device in which the rotary drum is rotatably supported by two radial ball bearings with respect to the shaft press-fitted into the fixed drum satisfies the performance and reliability. However, since two relatively expensive radial ball bearings are used, and because they are composed of many parts, the relative positional relationship changes due to temperature characteristics, and the amount of pressurization in the thrust direction changes. There was a problem of doing. Under such a problem, replacement of the radial ball bearing with another bearing mechanism has been studied.
[0012]
One of the examples is a fluid bearing in which a groove is provided in a shaft or a portion corresponding to the shaft and oil is interposed between the shaft and a portion corresponding to the shaft. Has been successful in However, due to the problems of the material on the side corresponding to the shaft and the processing cost of the groove, it is presently more expensive than the configuration using the radial ball bearing.
[0013]
In order to solve the problem of high cost, an approach of replacing the radial ball bearing with an oil-impregnated sintered metal is also being studied. Further, a proposal has been made to replace an oil-impregnated sintered metal bearing with a less expensive resin bearing. However, it is necessary to separately provide a thrust bearing, and at present, it is difficult to obtain a cost advantage. In addition, since a gap is required between the oil-impregnated sintered metal and the shaft, play in the radial direction occurs in principle. Attempts have been made to solve this problem by means such as increasing the precision or forming grooves in the oil-impregnated sintered metal, but at present there is no prospect of a solution. On the contrary, there is a possibility that the cost may be increased due to the countermeasures and the configuration of the thrust bearing.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a bearing device of the present invention and a rotary head device using the same have a configuration in which a radial ball bearing is used for one of two bearings and a metal oil-impregnated bearing or a resin bearing is used for the other one. Thus, it is possible to provide a low-cost bearing device without deteriorating the reliability of the bearing device.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The invention according to claim 1 of the present invention provides a radial ball having a shaft fixed to one of a rotating member and a fixed member, an inner ring fixed to the shaft, and an outer ring fixed to the other member. A bearing and one oil-impregnated sintered metal bearing or resin bearing whose outer periphery is fixed to the fixed member, the rotary member is rotatably held with respect to the fixed member, and the radial ball is held. This is a bearing device characterized in that the ball bearing also has a function of supporting in the thrust direction by applying a preload in the thrust direction to the bearing. One of two conventional expensive ball bearings is used. Can be replaced with an inexpensive oil-impregnated sintered metal bearing or a resin bearing, and an inexpensive bearing device can be provided.
[0016]
The invention according to claim 2 of the present invention is the bearing device according to claim 1, wherein the radial ball bearing is disposed on a side having a large inertia or a side having a large load. The resulting vibration and load will be supported at a higher ratio with a more accurate and durable radial ball bearing compared to oil-impregnated sintered metal bearings or resin bearings, resulting in a more stable and reliable bearing device. It can be expected.
[0017]
The invention according to claim 3 of the present invention is characterized in that a shaft fixed to any one of a fixed drum having a lead groove for guiding a magnetic tape on the outer periphery and a rotating drum carrying a magnetic head, wherein the inner ring is The rotation is carried out by holding one radial ball bearing fixed to a shaft and an outer ring fixed to the other drum, and one oil-impregnated sintered metal bearing or resin bearing whose outer periphery is fixed to the fixed fixing. A rotation mechanism wherein the drum is held rotatably with respect to the fixed drum, and a preload in the thrust direction is applied to the radial ball bearing, whereby the ball bearing also has a thrust direction support function. It is a head device that replaces one of two conventional expensive radial ball bearings with an inexpensive oil-impregnated sintered metal bearing or resin bearing. It is possible to provide a head device to the rotation.
[0018]
The invention according to claim 4 of the present invention is characterized in that a rotor magnet is fixed to the rotating drum, and a driving coil is fixed to the fixed drum so as to face the rotor magnet, whereby the rotating drum is fixed to the fixed drum. 4. The rotary head device according to claim 3, wherein the motor is configured to be rotationally driven, and the magnetic attraction force of the rotor magnet is used as the preload. Since the magnetic attraction force of the rotor magnet is used as a preload, a mechanism for applying a new preload is not required, and a stable preload is applied for a long period of time.
[0019]
The invention according to claim 5 of the present invention is the rotary head device according to claim 4, wherein the magnetic attractive force is set in a range of 5 to 15 Newtons. This improves the reliability of the unit.
[0020]
The invention according to claim 6 of the present invention is characterized in that the radial ball bearing is disposed closer to the magnetic head than the oil-impregnated sintered metal bearing or the resin bearing. Since the shaft near the magnetic head is held by a more accurate radial ball bearing, stable rotation of the magnetic head can be expected.
[0021]
(Embodiment 1)
An embodiment of the invention described in the claims of the present invention will be described below with reference to FIG.
[0022]
FIG. 1 is a sectional view of a rotary head device according to the present invention, and the same components as those of the rotary head device shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals. The difference from the above-mentioned rotary head device in particular is that one of the two radial bearings 4 is replaced by an oil-impregnated sintered metal bearing or a resin bearing 5 and that a spring 16 for applying a preload to the radial ball bearing 4 is used. It has no additional configuration such as
[0023]
In the configuration of FIG. 1, the rotating drum 3 is pulled toward the fixed drum 1 by a magnetic attraction between the rotor magnet 7 and the magnetic body of the printed circuit board 9. As a result, a thrust force is applied to the inner ring 11 and the outer ring 12 of the radial ball bearing 4, and the inner ring 11 and the outer ring 12 are displaced in the thrust direction, thereby making point contact with the ball 13. The radial ball bearing 4 is supported at a predetermined contact angle by a gap between the inner ring 11 and the outer ring 12 and the ball 13 and an arc shape of the inner ring 11 and the outer ring 12. By the vector component based on the contact angle, one radial ball bearing can support not only the radial direction but also the thrust direction. A single radial ball bearing is sufficient as a radial supporting force, but an oil-impregnated metal bearing or a resin bearing 5 is used on the other side to prevent whirling due to a moment force. I have.
[0024]
Here, the reason why the radial ball bearings 4 are arranged on the fixed drum 1 side is that the radial ball bearings 4 having high position regulation accuracy are centered on the oil-impregnated sintered metal bearing or the play between the resin bearing 5 and the shaft 2, Since the position of the magnetic head 8 moves, the radial bearing 4 is arranged on the side closer to the magnetic head 8 in order to suppress the amount of movement. In order to suppress the wear of the oil-impregnated sintered metal bearing or the resin bearing 5, it is more reliable as a bearing device that the weight is biased toward the radial ball bearing 4 in balance of the weight applied to each bearing. Will be improved. It is desirable to set the overall configuration so as to satisfy both of the above two elements, but if both cannot be satisfied, priority is given to reducing the distance of the radial ball bearing to the magnetic head 8 in the thrust direction. Let me.
[0025]
Further, by using the thrust force applied to the radial ball bearing 4 as a magnetic attraction force by the rotor magnet 7, fluctuations in the thrust force due to assembly accuracy and temperature characteristics can be suppressed. Further, by changing the shape of the rotor magnet 7, changing the distance between the rotor magnet 7 and the printed wiring board 9 having a magnetic material as a base material, or adding a separate permanent magnet, the above-described radial magnet is used. The thrust force applied to the ball bearing 4 can be set freely. Thus, the thrust force applied to the radial ball bearing 4 can be set to an optimum value in order to satisfy the performance and reliability of the bearing device.
[0026]
The optimum thrust force for the radial ball bearing may vary depending on the size of the gap between the inner ring 11 and the outer ring 12 of the radial ball bearing 4 and the ball 13 and the arc shape of the inner ring 11 and the outer ring 12. However, in the currently used inner ring, outer ring and ball material and grease lubrication characteristics, a thrust force of 10 Newton is optimal, and if it is 5 Newton or less, the contact between the ball and the inner ring or outer ring becomes insufficient and becomes unstable. , 15 Newton or more, the life of the radial ball bearing is shortened due to the damage of the grease lubricating film.
[0027]
The advantages of using the thrust force for pressurizing the radial ball bearing 4 as the magnetic attraction force of the rotor magnet as described above are listed below. First, separate members such as a pressurized boss and a pressurized spring as functions are not required. Second, there is no need for equipment for pressurizing during assembly and processing wages. Third, it is possible to reduce a variation in pressurized amount due to a variation in assembly. Fourth, it is possible to reduce a change in the amount of pressurization due to temperature characteristics. Fifth, there is no irreversible change due to sudden external force at the time of assembling, assembling the product, or after shipping the product.
[0028]
As described above, by replacing one of the radial ball bearings with an oil-impregnated metal bearing or a resin bearing, it is possible to reduce the price without significantly deteriorating the reliability. Similarly to a rotary head device, a motor using a radial ball bearing and having a strict position regulation in the thrust direction, such as a spindle motor for a hard disk drive, also has one radial ball bearing and an oil-impregnated sintered metal bearing or resin. By adopting a configuration in which the shaft is rotatably supported by one bearing, it is possible to reduce the price without deteriorating the reliability.
[0029]
(Embodiment 2)
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Parts similar to those of the rotary head device described in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The major difference from the above-described rotary head device is that a rotary magnet 7 is disposed above the rotary drum 3 and a drive coil 7a is disposed on a boss 10 fixed to the upper end of the shaft 2 to constitute a brushless motor. Further, a radial bearing 4 is arranged on a side near the boss 10 and an oil-impregnated sintered bearing or a resin bearing 5 is arranged on a side near the fixed drum 1.
[0030]
That is, the position of the rotary drum 3 is regulated by the boss 10 via the radial ball bearing 4.
[0031]
3, the rotary drum 3 is pulled toward the boss 10 by a magnetic attraction between the rotor magnet 7 and the magnetic material of the printed circuit board 9. As a result, a thrust force is applied to the inner ring 11 and the outer ring 12 of the radial ball bearing 4, and the inner ring 11 and the outer ring 12 are displaced in the thrust direction, thereby making point contact with the ball 13. The radial ball bearing 4 is supported at a predetermined contact angle by the gap between the inner ring 11 and the outer ring 12 and the ball 13 and the arc shape of the inner ring 11 and the outer ring 12. By the vector component based on the contact angle, one radial ball bearing can support not only the radial direction but also the thrust direction. A single radial ball bearing is sufficient as a radial supporting force, but an oil-impregnated metal bearing or a resin bearing 5 is used on the other side to prevent whirling due to a moment force. I have.
[0032]
Here, the radial ball bearing 4 is arranged on the boss 10 side because the play between the oil-impregnated sintered metal bearing or the resin bearing 5 and the shaft 2 is centered on the radial ball bearing 4 having high position regulation accuracy. Since the position of the magnetic head 8 moves, the purpose is to reduce the amount of movement. Further, in order to suppress the wear of the oil-impregnated sintered metal bearing or the resin bearing 5, if the weight is biased toward the radial ball bearing 4 in the balance of the weight applied to each bearing, the reliability of the bearing is improved. Will be done. It is desirable to set the entire configuration so as to satisfy both of the above two elements, but if both cannot be satisfied, priority is given to shortening the distance between the magnetic head and the radial ball bearing. .
[0033]
In addition, in the configuration of FIG. 3, since the oil-impregnated sintered metal bearing 5 is surrounded by the rotating drum 3 and the fixed drum 1, the oil-impregnated sintered metal bearing and the shaft 2 slide. This has the effect of preventing oil from jumping out of the rotating head device. In addition, the height position of the magnetic head 8 can be regulated with high accuracy in the following manner.
[0034]
In FIG. 3, after inserting the rotary drum 3 on which the disk-shaped rotor 6, the radial ball bearing 4, and the oil-impregnated sintered metal bearing 5 are fixed into the shaft 2 pressed into the fixed drum 1, the boss is inserted. 10 is fixed with screws 14 in a state where no thrust force is applied. In this case, since no thrust force is applied to the radial ball bearing 4, the radial ball bearing 4 is assembled in a state where no displacement occurs between the inner ring 11 and the outer ring 12 of the radial ball bearing 4. As a result, the height of the magnetic head 8 fixed to the rotary drum 3 is regulated by the surfaces of the rotary drum 3 and the fixed drum 1 facing each other.
[0035]
In this state, the stator fixed to the printed board 9 made of a magnetic material for converging the magnetic flux by the rotor magnet 7 attached to the disk-shaped rotor 6 by adhesion is fixed to the boss 10 with screws 15. I do. Then, due to the magnetic attraction acting between the rotor magnet 7 and the magnetic material of the printed circuit board 9, the rotating drum 3 has a height determined by the shape of the radial ball bearing 4 on the boss 10 side, and a dimension A in FIG. It will move by the minute. That is, it is possible to regulate the position of the magnetic head in the height direction with high accuracy without having to prepare extra equipment and jigs.
[0036]
Also, in a motor using a radial ball bearing, by using the same means as the above-described rotary head device, one of the radial ball bearings can be oil-impregnated in various motors including a hard disk spindle motor. It is possible to replace with a metal bearing or resin bearing. However, especially in the case of spindle motors of hard disks, the following measures must be taken into account due to changes in load conditions due to mounting of disks, oil leakage from oil-impregnated sintered metal bearings, and the importance of axial rigidity in the thrust direction. .
[0037]
First, when the center of gravity of the shaft is located at the center of the shaft, it is necessary to eliminate one of the radial ball bearings. The risk of sexual problems increases. Secondly, since a hard disk has only a minute gap between the disk and the head, it is necessary to avoid mixing of dust and the like. On the other hand, if the oil-impregnated sintered metal bearing is used in an open form, oil will be scattered, so that the oil-impregnated sintered metal bearing is arranged at a portion surrounded by the rotating side and the fixed side, and furthermore, the labyrinth It is necessary to take measures against oil scattering by making full use of the effects. Third, since there is only a minute gap between the disk and the head, high rigidity is required in the thrust direction. By increasing the value of the radial gap A of the radial ball bearing in FIG. 2, it is necessary to increase the contact angle with the ball by pressing in the thrust direction.
[0038]
By taking the above measures, it is possible to obtain the same effect as in the rotary head device in the spindle motor of the hard disk. In the bearing device described above, an example is shown in which the shaft 2 is fixed to the fixed drum 1, that is, the fixed member. However, the shaft 2 is fixed to the rotating drum 3, that is, the rotating member. 2 can also be applied to a bearing device rotatably supported on a fixed member by one radial ball bearing and one oil-impregnated sintered metal bearing or resin bearing.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the bearing device of the present invention and the rotary head device using the same, the structure and the assembling work are simplified, and the bearing device and the rotary head device can be supplied at a low price. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotary head device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically illustrating a cross section of a radial ball bearing. FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional rotary head device.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fixed drum 2 Shaft 3 Rotating drum 4 Radial ball bearing 5 Oil-impregnated sintered metal bearing 6 Disk-shaped rotor 7 Rotor magnet 7a Drive coil 8 Magnetic head 9 Printed circuit board made of a magnetic material base 10 Boss 11 Inner ring of radial ball bearing 12 Outer ring of radial ball bearing 13 Ball of radial ball bearing 16 Spring 17 Screw