JP2004092715A

JP2004092715A - 回転支持装置及び回転機械装置

Info

Publication number: JP2004092715A
Application number: JP2002252395A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishiwada; 石和田　博; Mamoru Aoki; 青木　護
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2004-03-25

Abstract

【課題】ハブ３とこのハブ３に固定したハードディスクとから成る回転部材の重心位置と、１対の玉軸受５、５ａの間の軸方向中心Ｍの位置とが、軸方向に関して互いにずれている構造で、上記ハブ３が振れ回りする量を抑える。
【解決手段】上記１対の玉軸受５、５ａのうち、上記重心からの距離が大きい位置に設けた、一方の玉軸受５ａの剛性を、上記重心からの距離が小さい位置に設けた、他方の玉軸受５の剛性よりも大きくする。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る回転支持装置及び回転機械装置は、例えばハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）、フレキシブルディスクドライブ装置（ＦＤＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、ミニディスク（ＭＤ）等の磁気、光、光磁気のディスクドライブ装置に組み込むスピンドルモータを構成する部材を回転自在に支持する構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、コンピュータの記憶装置等として使用されるＨＤＤは、フレーム等に固定されるハウジングに固定した内側部材である、支持軸の周囲に、軸受装置を介して、外側部材であるハブを、回転自在に支持している。円輪状に形成した１乃至複数枚のハードディスクは、上記ハブの一部に結合支持して、このハブと共に回転する。
【０００３】
上記ハードディスクにデータを記録するトラックの幅は極く狭い為、上記ハブは上記支持軸に、ぶれが生じない状態で、回転自在に支持する必要がある。この為従来から、上記支持軸の外周面とハブの内周面との間に設ける軸受装置として、１対の玉軸受を組み合わせ、それぞれの玉軸受を構成する各玉に予圧を付与する事で軸受剛性を確保したものを、広く使用している。
【０００４】
又、近年、ＨＤＤに組み込むスピンドルモータの薄型化を図る為に、ハウジングに固定した、外側部材である固定部材の内側に、内側部材であるハブを、軸受装置を介して回転自在に支持する事も行なわれている。図３は、この様に従来から使用している、軸方向長さが極く小さいスピンドルモータの１例を示している。このスピンドルモータ１は、外側部材である固定部材（ハウジング）２の内周面と、内側部材であるハブ３の中心部に設けた軸部４の外周面との間に、１対の玉軸受５、５を設けている。これら各玉軸受５、５は、外周面に内輪軌道６を有する内輪７と、内周面に外輪軌道８を有する外輪９と、上記内輪軌道６と外輪軌道８との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けた、それぞれが転動体である玉１０、１０とを備える。これら各玉１０、１０は、図示しない保持器により転動自在に保持している。又、複数枚のハードディスク１２、１２の内周縁部は、上記ハブ３の外径側に設けた円筒部１１に支持している。
【０００５】
そして、上記各内輪７、７を上記軸部４の外周面の軸方向に離隔した２個所位置に、接着或は締り嵌めにより外嵌固定している。又、上記各内輪７、７の軸方向端面同士を、これら軸方向両端面同士の間に隙間１３を設けた状態で対向させている。これに対して、上記各外輪９、９は、互いに対向する軸方向端面同士の間に間座１４を挟持した状態で、上記固定部材２の内周面に、それぞれ接着或は締り嵌めにより内嵌固定している。尚、上記ハブ３の円筒部１１の内周面にロータ１５を固定し、このロータ１５と上記固定部材２の外周面に固定したステータ１６とを対向させている。
【０００６】
上述の様に構成するスピンドルモータ１は、上記各内輪６、６を、互いに対向する軸方向端面同士の間に隙間１３を介在させた状態のまま互いに近づき合う方向に押圧しつつ、上記ハブ３に外嵌固定する事により、上記各玉１０、１０に所望の予圧を付与している。そして、この様に予圧を付与した状態で、上記ハブ３は、上記固定部材２の内側に、がたつきなく回転自在に支持される。又、上記スピンドルモータ１の使用時には、上記ステータ１６を構成するコイル１８、１８の導線に通電する事により、上記ハブ３を上記固定部材２に対し相対回転させる事ができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述した様な従来のスピンドルモータ１に組み込んで、ハブ３を回転自在に支持する回転支持装置の場合、円筒部１１と軸部４とを連結する円輪部１７を、図３の上端部に設けている為、ハブ３及びこのハブ３に固定したハードディスク１２、１２から成る回転部材の重心Ｇは、同図の上端寄りに位置する。又、上記回転支持装置の場合には、軸方向長さを極く小さくする為に、１対の玉軸受５、５を、図３の下端寄りに設けている。従って、上記重心Ｇと、上記１対の玉軸受５、５同士の間の軸方向中心Ｍとは、回転支持装置の軸方向に関して互いにずれている。又、従来構造の場合には、上記１対の玉軸受５、５の諸元（内輪７の内径、外輪９の外径、負の内部隙間等）を、互いに同じとしている。
【０００８】
一方、スピンドルモータ１の使用時には、このスピンドルモータ１の固有振動数と、このスピンドルモータ１に組み込んだ玉軸受５、５の軌道面のうねり等に基づく、これら各玉軸受５、５の固有振動数とにより、上記スピンドルモータ１が特定の周波数で共振し、固定部材２に対してハブ３が振れ回り運動する可能性がある。この場合、スピンドルモータに組み込んだ１対の玉軸受５、５の間の軸方向中心Ｍの位置と、上記重心Ｇの位置とが軸方向に関して一致していれば、振れ回りにより上記各玉軸受５、５に加わる荷重を、これら各玉軸受５、５同士で均等にする事ができ、しかも上記ハブ３にモーメントが加わらない為、これら各玉軸受５、５が（弾性）変形する量を極く小さくできる。従って、この場合には、上記ハブ３が振れ回りする量（使用時にハブ３の中心軸が固定部材２の中心軸に対し傾斜する角度）を極く小さくできて、特に問題を生じる事はない。
【０００９】
これに対して、上述の図３に示した従来のスピンドルモータ１の様に、１対の玉軸受５、５の間の軸方向中心Ｍの位置と、上記重心Ｇの位置とが軸方向に関して互いにずれている場合には、上記１対の玉軸受５、５のうち、上記重心Ｇからの距離が大きい位置に設けた、一方（図３の下方）の玉軸受５に、上記１対の玉軸受５、５のうち、上記重心Ｇからの距離が近い位置に設けた、他方（図３の上方）の玉軸受５よりも大きな荷重が加わる。これに対して従来構造の場合には、上記１対の玉軸受５、５の諸元を互いに同じとしており、これら１対の玉軸受５、５の剛性が互いに同じである為、上記一方の玉軸受５の（弾性）変形量が大きくなり、上記ハブ３が振れ回りする量が大きくなる可能性がある。この様にハブ３が振れ回りする量が大きくなった場合には、このハブ３に固定したハードディスク１２、１２のぶれが大きくなり、スピンドルモータ１を組み込んだＨＤＤの性能が悪化する。
本発明は、この様な事情に鑑みて、使用時に回転する部材の重心と、１対の転がり軸受同士の間の軸方向中心とが軸方向に関して互いにずれている構造で、使用時に回転する部材が振れ回りする量を抑えるべく発明したものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の回転支持装置は、前述の図３に示した従来構造と同様に、外側部材の内周面と内側部材の外周面との間に設けた１対の転がり軸受を備え、使用時に上記外側部材又は内側部材に対し回転する部材の重心位置と、上記１対の転がり軸受同士の間の軸方向中心位置とが、軸方向に関して互いにずれている。
特に、本発明の回転支持装置に於いては、上記１対の転がり軸受のうち、上記重心からの距離が大きい位置に設けた一方の転がり軸受の剛性を、上記１対の転がり軸受のうち、上記重心からの距離が小さい位置に設けた他方の転がり軸受の剛性よりも大きくしている。
又、本発明の回転機械装置は、上記回転支持装置を組み込んでおり、使用時に、内側部材を外側部材に対し相対回転させる。
【００１１】
【作用】
上述の様に構成する本発明の回転支持装置によれば、使用時に回転する部材の重心位置と、１対の転がり軸受同士の間の軸方向中心位置とが軸方向に関して互いにずれている構造で、これら１対の転がり軸受のうち、使用時に大きな荷重が作用する、一方の転がり軸受の変形量を小さくできる。この為、使用時に回転する部材が振れ回りする量を小さくできて、本発明の回転支持装置を組み込んだ各種回転機械装置の性能向上を図れる。しかも本発明の場合には、回転支持装置の回転抵抗を大きくする等の不都合を生じる事がない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の第１例として、本発明をスピンドルモータに適用した場合で、このスピンドルモータの固有振動数モードで、ハブ３が振れ回りする状態を、模式的に表している。尚、本発明の特徴は、使用時に回転する部材の重心位置と、１対の転がり軸受同士の間の軸方向中心位置とが軸方向に関して互いにずれている構造で、使用時に回転する部材が振れ回りする量を小さく抑えるべく、１対の転がり軸受同士の剛性を異ならせた点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図３に示した従来構造の場合と同様である為、重複する説明は省略し、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。
【００１３】
又、図１では、内側部材であるハブ３に設けた軸部４の外周面と、外側部材である固定部材２の内周面との間に設ける、１対の玉軸受５、５ａを、ばねにより表している。尚、本例の場合には、これら各玉軸受５、５ａを構成する内輪７（図３）の内径を４ｍｍ、外輪９（図３）の外径を９ｍｍ、これら内輪７及び外輪９の幅を２．６ｍｍ、各玉１０、１０（図３）の外径を１．５８８ｍｍ、上記各玉軸受５、５ａに組み込む玉１０、１０の数を、それぞれ７個ずつとしている。
【００１４】
特に、本発明の回転支持装置と、本発明の回転機械装置であるスピンドルモータとの場合には、上記１対の玉軸受５、５ａのうち、ハブ３及びこのハブ３に固定したハードディスク１２、１２とから成る回転部材の重心Ｇ（図３）からの距離が大きい位置に設けた、一方（図１の下方）の玉軸受５ａの、回転支持装置への組み付け前でのラジアル方向の内部隙間を０．０１６ｍｍとし、上記１対の玉軸受５、５ａのうち、上記重心Ｇからの距離が小さい位置に設けた、他方（図１の上方）の玉軸受５の、同じく組み付け前でのラジアル方向の内部隙間を０．０１０ｍｍとしている。従って、本発明の場合には、これら１対の玉軸受５、５ａを回転支持装置に組み付けた状態で、一方の玉軸受５ａのモーメント剛性が、他方の玉軸受５のモーメント剛性よりも大きくなっている。
【００１５】
上述の様に本発明の回転支持装置の場合には、１対の玉軸受５、５ａのうち、上記回転部材の重心Ｇからの距離が大きい位置に設けた、一方の玉軸受５ａの剛性を、上記１対の玉軸受５、５ａのうち、上記重心Ｇからの距離が小さい位置に設けた、他方の玉軸受５の剛性よりも大きくしている。この為、上記重心Ｇの位置と、１対の玉軸受５、５ａ同士の間の軸方向中心Ｍの位置とが軸方向に関して互いにずれている構造で、上記１対の玉軸受５、５ａのうち、使用時に大きな荷重が作用する、一方の玉軸受５ａの変形量を小さくできる。この為、本発明によれば、使用時にハブ３が振れ回りする量を小さく抑える事ができて、本発明の回転支持装置を組み込んだ、スピンドルモータの性能向上を図れる。
【００１６】
一方、本発明の場合と異なり、スピンドルモータに組み込む１対の玉軸受のうち、上記重心Ｇからの距離が小さい位置に設けた、他方の玉軸受の剛性を大きくしたり、上記１対の玉軸受の両方の剛性を大きくする事により、上記ハブ３が振れ回りする量を小さく抑える事も考えられる。但し、振れ回りにより小さい荷重が加わる、他方の玉軸受の剛性のみを大きくする事により、ハブ３の振れ回りを抑えられる効果は小さい。又、上記１対の玉軸受の両方の剛性を大きくした場合には、回転支持装置の回転抵抗が大きくなる等の不都合を生じる可能性がある。これに対して、本発明の場合には、この様な不都合の発生を抑えつつ、上記ハブ３が振れ回りする量を、有効に抑える事ができる。
【００１７】
尚、図２は、前述した従来構造と同様に、ハブ３に設ける軸部４の外周面と、固定部材２の内周面との間に設ける１対の玉軸受５、５の剛性を互いに同じとした構造で、スピンドルモータの固有振動数モードで、ハブ３が振れ回りする状態を、模式的に表している。この図２に示した従来構造の場合、上記１対の玉軸受５、５の、回転支持装置への組み付け前でのラジアル方向の内部隙間を、何れも０．０１０ｍｍとし、他の諸元も同じとする事により、これら両玉軸受５、５の剛性を互いに同じとしている。この様な図２に示した従来構造の場合には、上記１対の玉軸受５、５のうち、上記ハブ３とこのハブ３に固定したハードディスク１２、１２とから成る回転部材の重心Ｇ（図３）からの距離が大きい位置に設けた、一方の玉軸受５の変形量δが、前述の図１に示した、本発明の場合の変形量δ´よりも大きくなる。この為、この場合には、上記ハブ３が振れ回りする量が、本発明の場合に比較して大きくなる。
【００１８】
又、本例の場合には、１対の玉軸受５、５ａのうち、一方の玉軸受５ａの、回転支持装置への組み付け前でのラジアル方向の内部隙間を大きくする事により、この一方の玉軸受５ａのモーメント剛性を、他方の玉軸受５のモーメント剛性よりも大きくしている。この様に１対の玉軸受５、５ａの内部隙間を互いに異ならせるには、上記各玉軸受５、５ａの内部寸法の諸元を変える。例えば、これら両玉軸受５、５ａの接触角を変えて、これら各玉軸受５、５ａを回転支持装置へ組み付ける前の状態での、これら各玉軸受５、５ａのラジアル方向の内部隙間を互いに異ならせれば、これら両玉軸受５、５ａへの予圧付与を同時に行ない、しかも互いのモーメント剛性を異ならせる事ができる。但し、本発明は、この様にして剛性を大きくする場合に限定するものではない。即ち、本発明では、上記各玉軸受５、５ａの玉の直径や個数、外輪軌道や内輪軌道の曲率半径、複数の玉のピッチ円直径（ＰＣＤ）、内輪の内径、外輪の外径、玉の直径等の諸元を、上記一方の玉軸受５ａと上記他方の玉軸受５とで異ならせる事により、この一方の玉軸受５ａの剛性をこの他方の玉軸受５の剛性よりも大きくする事もできる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の回転支持装置及び回転機械装置は、以上に述べた通り構成され作用するので使用時に回転する部材が振れ回りする量を、有効に抑える事ができて、ＨＤＤ等の性能向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例に於いて、スピンドルモータの固有振動数モードで、ハブが振れ回りする状態を模式的に表した図。
【図２】従来構造の１例に於いて、スピンドルモータの固有振動数モードで、ハブが振れ回りする状態を模式的に表した図。
【図３】従来から使用している、薄型のスピンドルモータの１例を示す断面図。
【符号の説明】
１　　スピンドルモータ
２　　固定部材
３　　ハブ
４　　軸部
５、５ａ　玉軸受
６　　内輪軌道
７　　内輪
８　　外輪軌道
９　　外輪
１０　　玉
１１　　円筒部
１２　　ハードディスク
１３　　隙間
１４　　間座
１５　　ロータ
１６　　ステータ
１７　　円輪部
１８　　コイル

Claims

外側部材の内周面と内側部材の外周面との間に設けた１対の転がり軸受を備え、使用時に上記外側部材又は内側部材に対し回転する部材の重心位置と、上記１対の転がり軸受同士の間の軸方向中心位置とが、軸方向に関して互いにずれている回転支持装置に於いて、上記１対の転がり軸受のうち、上記重心からの距離が大きい位置に設けた一方の転がり軸受の剛性を、上記１対の転がり軸受のうち、上記重心からの距離が小さい位置に設けた他方の転がり軸受の剛性よりも大きくした事を特徴とする回転支持装置。
請求項１に記載した回転支持装置を組み込んでおり、使用時に、内側部材を外側部材に対し相対回転させる回転機械装置。