JP2006002874A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化によって生じる軸受予圧およびアキシャル・ラジアル剛性の変化を抑制することで位置決め制御の高速化と高精度化とを図ることができる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 本発明の転がり軸受装置１０は、 一方の端部に鍔部２２を有する軸１１と、軸１１周りに設けられた筒状のハウジング１２と、内輪１７、外輪１８、及び、内輪１７及び外輪１８間に配置された複数の玉１９とをそれぞれ備え、ハウジング１２を軸１１に対して揺動可能に支持する一対の転がり軸受１３ａ，１３ｂとを備え、軸１１、ハウジング１２、外輪１８、及び、玉１９はそれぞれＳＵＳ４００系統の材料からなり、鍔部側の転がり軸受１３ｂの内輪１７は軸受鋼からなり、鍔部側の転がり軸受１３ｂの内輪１７は、その端面を軸１１の鍔部２２と当接させるとともに、軸１１周りに遊嵌される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受装置に関し、特に、磁気ディスク装置のスイングアームのような、高速で微小揺動する部位に使用される転がり軸受装置に関する。

従来のスイングアーム用転がり軸受装置では、グリースが密封された転がり軸受２個に対して予圧をかけて使用されている。例えば、図３に示すようなスイングアーム用転がり軸受装置１０１は、軸１０２と、軸１０２周りに設けられた筒状のハウジング１０３と、ハウジング１０３を軸１０２に対して揺動可能に支持する一対の転がり軸受（玉軸受）１０４，１０４とを備えている。

ハウジング１０３には、ボイスコイルモータが取付けられたスイングアーム１０５がナット１０６によってスペーサ１０７を介して固定されており、スイングアーム１０５はハウジング１０３と共に軸１０２に対して揺動回転する。

図３のように構成された転がり軸受装置１０１では、軸１０２、ハウジング１０３及び転がり軸受１０４、１０４の内輪１０８，１０８、外輪１０９，１０９、玉１１０，１１０をＳＵＳ４００系統の同一材料で構成したり、軸１０２、ハウジング１０３の材料にはＳＵＳ３００系統を使用し、内輪１０８，１０８、外輪１０９，１０９、玉１１０，１１０の材料を異なる材料で構成したりする場合がある。

また近年、磁気ディスク装置は、ますます高密度化が要求されている。このため、ディスクに信号を記録するトラックの幅もますます狭くなってきており、目標トラックへのアクセスの高速化と位置決め性能の高精度化が要求されている。また、これに伴って、磁気ヘッドを搭載するスイングアームを支持するスイングアーム用転がり軸受装置にも、制御の高速化と高精度化が要求されている。この要求を満たすため、転がり軸受の内輪および軸の線膨張係数を転動体、外輪およびハウジングの線膨張係数より大きくして、高温時の軸受すきまの減少を促し、共振周波数の低下を防ぐことが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−３９０１９号公報（第２−３項、図１）

ところで、図３に示す転がり軸受装置１０１では、軸１０２及びハウジング１０３がＳＵＳ３００系統、内輪１０８、外輪１０９及び玉１１０がＳＵＳ４００系統で各々構成され、適正な予圧を装置内部の軸受部に負荷することにより、転がり軸受１０４は一対の接触角αを有している。なお、ＳＵＳ３００系統の線膨張係数の値は、ＳＵＳ４００系統の線膨張係数の値より大きい。

ここで、例えば温度が上昇した場合、内輪１０８の線膨張係数は軸１０２の線膨張係数より小さいため、玉１１０に対する内輪１０８及び軸１０２の径方向の伸びは小さい。一方、内輪１０８及び軸１０２の軸方向の伸びは軸の材料であるＳＵＳ３００系統の線膨張係数に沿って大きくなる。一方、玉１１０に対する外輪１０９及びハウジング１０３の径方向の伸びはハウジング１０３の線膨張係数に沿って大きくなる。また、外輪１０９及びハウジング１０３の軸方向の伸びは軸１０２と同程度に大きくなる。

これに対して、玉１１０の膨張は線膨張係数が小さいために小さく、その結果、軸受ラジアルすきまが初期に設定したすきまより大きくなる。このため、転がり軸受１０４は予圧を維持することができず予圧を低下し、図４に示すように、接触角αは接触角γへと大きくなる。これにより初期の接触角αにより得られた軸受ばねＡは軸受ばねＣとなり、当初のアキシャル・ラジアル剛性も低下してしまう。

更に、例えば温度が低下した場合、玉１１０に対する内輪１０８、軸１０２及びハウジング１０３、外輪１０９の軸方向の収縮は上述した温度上昇時とは反対に収縮するが、内輪１０８及び軸１０２の径方向の収縮に対しハウジング１０３及び外輪１０９の径方向の収縮が大きくなる。これに対して、玉１１０の収縮は小さく、その結果、軸受ラジアルすきまが初期に設定したすきまより小さくなるため、転がり軸受１０４は予圧を維持することができず予圧を増大し、図４に示すように、接触角αは接触角βへと小さくなる。これにより初期の接触角αにより得られた軸受ばねＡは軸受ばねＢとなり、当初のアキシャル・ラジアル剛性が増大してしまう。

このため、上記のように構成された転がり軸受装置１０１では、温度変化によって転がり軸受１０４の予圧が変化し、これによってアキシャル・ラジアル剛性が変化してしまうという問題があった。

一方、特許文献１に記載の転がり軸受装置では、内輪および軸の材料を外輪およびハウジングの材料と異ならせて、内輪および軸の線膨張係数を外輪およびハウジングの線膨張係数より大きくすることで高温時の軸受すきまを減少させているが、軸及びハウジングに同一材料を用いるような仕様においては、適用することができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、温度変化によって生じる軸受予圧およびアキシャル・ラジアル剛性の変化を抑制することで位置決め制御の高速化と高精度化とを図ることができる転がり軸受装置を提供することにある。

本発明に係る上記課題は、下記構成によって達成される。
（１）一方の端部に鍔部を有する軸と、
該軸周りに設けられた筒状のハウジングと、
内輪、外輪、及び、該内輪及び該外輪間に配置される複数の玉とをそれぞれ備え、前記ハウジングを前記軸に対して揺動可能に支持する一対の転がり軸受と、
を備えた転がり軸受装置であって、
前記軸、前記ハウジング、前記外輪、及び、前記玉はそれぞれＳＵＳ４００系統の材料からなり、前記鍔部側の転がり軸受の前記内輪は軸受鋼からなり、
前記鍔部側の転がり軸受の前記内輪は、その端面を前記軸の鍔部と当接させるとともに、前記軸周りに遊嵌されたことを特徴とする転がり軸受装置。

本発明の転がり軸受装置によれば、軸、ハウジング、外輪、及び、玉はそれぞれＳＵＳ４００系統の材料からなり、鍔部側の転がり軸受の内輪は軸受鋼からなり、また、鍔部側の転がり軸受の内輪は、その端面を軸の鍔部と当接させるとともに、軸周りに遊嵌されるので、温度変化によって生じる軸受予圧およびアキシャル・ラジアル剛性の変化を抑制することができ、位置決め制御の高速化と高精度化とを図ることができる。

以下、本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る転がり軸受装置を説明するための断面図である。図１に示すように、転がり軸受装置１０は、軸１１と、軸１１周りに設けられた筒状のハウジング１２と、ハウジング１２を軸１１に対して揺動可能に支持する玉軸受である一対の転がり軸受１３ａ，１３ｂとを備えている。ハウジング１２には、ボイスコイルモータが取付けられたスイングアーム１４がナット１５によってスペーサ１６を介して固定されており、スイングアーム１４はハウジング１２と共に軸１１に対して揺動回転する。

転がり軸受１３ａ，１３ｂは、外周面に内輪軌道面を有する内輪１７、１７と、内周面に外輪軌道面を有する外輪１８、１８と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に円周方向に転動自在に配置された複数の玉１９，１９とをそれぞれ有する。また、転がり軸受１３ａ，１３ｂは、さらに、複数の玉１９，１９をそれぞれ収容する複数のポケットを有する保持器２０，２０と、外周縁部が外輪４の軸方向外方に固定されたシール部材２１，２１とをそれぞれ有する。

軸１１の一方の端部である下端部には、鍔部２２が形成されており、鍔部側の転がり軸受１３ｂの内輪１７は、その端面を軸１１の鍔部２２と当接させるとともに、軸１１周りに遊嵌されている。

転がり軸受１３ａ，１３ｂは、転がり軸受１３ｂの内輪を軸１１に遊嵌し、転がり軸受１３ｂの外輪１８及び転がり軸受１３ａの内輪１７と外輪１８を軸１１及びハウジング１２に圧入又は接着により組み込むことで予圧が付与される。転がり軸受装置１０への予圧付与は、一方の転がり軸受１３ａの内輪１７を加振しながら軸１１に挿入し、外輪１８側で共振周波数を測定しながら予圧を制御する、所謂共振圧入方式や、内輪１７を加振しながら軸１１に挿入し、外輪１８側でトルクを測定しながら予圧を制御する、所謂トルク圧入方式によって行なわれればよく、これにより軸受の剛性を増加することができる。

ここで、軸１１、ハウジング１２、及び、転がり軸受１３ａ，１３ｂを構成する外輪１８、玉１９は、例えば線膨張係数が１０．１×１０^−６／℃であるＳＵＳ４００系統のマルテンサイト系ステンレス鋼を材料として形成されており、転がり軸受１３ａ，１３ｂの内輪１７は、線膨張係数が１２．５×１０^−６／℃であるＳＵＪ２のような軸受鋼を材料として形成されている。

このように構成された転がり軸受装置１０では、ハードディスクドライブの使用が長時間になると、各部材の摩擦熱により転がり軸受装置１０の雰囲気温度が上昇し、これにともなって、各部材が熱膨張を生じ、従来技術の転がり軸受１０４と同様に、転がり軸受１３ａ，１３ｂの軸受ラジアルすきまが初期に設定したすきまより大きくなろうとする。 ここで、内輪１７の軸方向の伸びは他の部品より相対的に大きくなるため、鍔部２２に当接する内輪１７は軸方向内方へ移動し、予圧を増大する方向に作用する。このため、軸受ラジアルすきまは初期に設定したすきまに維持され、転がり軸受１３ａ，１３ｂは常温時設定の予圧と同等とすることができ、アキシャル・ラジアル剛性の変化を抑制することができる。

また、温度が低下した場合には、従来技術の転がり軸受１０４と同様に、転がり軸受１３ａ，１３ｂの軸受ラジアル隙間が初期に設定したすきまより小さくなろうとする。しかしながら、内輪１７の収縮が他の部材よりも大きいため、増大しようとする予圧を逃がす形となり、転がり軸受１３ａ，１３ｂは常温時設定の予圧を維持することができる。このため、アキシャル・ラジアル剛性の変化を抑制することができる。

従って、本実施形態に係る転がり軸受装置１０では、軸１１、ハウジング１２、外輪１８、及び、玉１９がそれぞれＳＵＳ４００系統の材料からなり、鍔部側の転がり軸受１３ｂの内輪１７が軸受鋼からなり、また、鍔部側の転がり軸受１３ｂの内輪１７が、その端面を軸１１の鍔部２２と当接させるとともに、軸１１周りに遊嵌されるので、温度が上昇した場合でも、低下した場合でも予圧を常温設定時の予圧と同等とすることが可能となり、アキシャル・ラジアル剛性の変化を抑制することが可能となる。

なお、本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
本発明では、鍔部側の転がり軸受１３ｂの内輪１７は軸１１周りに遊嵌されるが、図２に示されるように、内輪１７が軸１１の鍔部２２近傍のみにおいて圧入されている構成も本発明に含まれる。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置の変形例を説明するための断面図である。 従来の転がり軸受装置を説明するための断面図である。 転がり軸受の接触角を説明するための説明図である。

符号の説明

１０ 転がり軸受装置
１１ 軸
１２ ハウジング
１３ａ，１３ｂ 転がり軸受
１４ スイングアーム
１７ 内輪
１８ 外輪
１９ 玉
２２ 鍔部

Claims (1)

1. 一方の端部に鍔部を有する軸と、
   該軸周りに設けられた筒状のハウジングと、
   内輪、外輪、及び、該内輪及び該外輪間に配置される複数の玉とをそれぞれ備え、前記ハウジングを前記軸に対して揺動可能に支持する一対の転がり軸受と、
   を備えた転がり軸受装置であって、
   前記軸、前記ハウジング、前記外輪、及び、前記玉はそれぞれＳＵＳ４００系統の材料からなり、前記鍔部側の転がり軸受の前記内輪は軸受鋼からなり、
   前記鍔部側の転がり軸受の前記内輪は、その端面を前記軸の鍔部と当接させるとともに、前記軸周りに遊嵌されたことを特徴とする転がり軸受装置。

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