JP5559609B2

JP5559609B2 - ピボット軸受装置

Info

Publication number: JP5559609B2
Application number: JP2010126803A
Authority: JP
Inventors: 正内田; 秀利松井
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2009-06-05
Filing date: 2010-06-02
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-06-02
Also published as: JP2011012810A

Description

本発明は、軸を保持する精度に優れたピボット軸受装置に関する。

例えば、ＨＤＤ（ハードディスクドライブ）の磁気ヘッドを走査するスイングアームの軸受部分等に利用されるピボット軸受装置には、高い軸受精度が要求される。この精度は、スイングアームの高速動作および高い位置決め精度が要求されるＨＤＤ用磁気ディスクの検査装置において特に要求される。このような要求に答えるピボット軸受装置として、３つの玉軸受を軸方向に並べて配置した構造が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

特許文献１に記載のピボット軸受装置では、３個の玉軸受を軸方向に並べた構造とすることで、軸を保持する精度を高めている。特許文献１に記載のピボット軸受装置では、軸方向に３つ並んだ玉軸受の端部に位置する玉軸受の予圧を他の玉軸受の２倍となる構造としている。また、この予圧の状態を可能とするために、特許文献１の「００１６」段落には、上記２倍の予圧が加わる玉軸受を他の２つの玉軸受とは異なる接触角のものとする旨が記載されている。

特開２００８―１８５１９０号公報

上記特許文献１に記載の技術では、３個の玉軸受の内の一つを異なる仕様の玉軸受とする必要がある。このため、製造が煩雑となり、また部品コストが高くなる。また、他の倍の予圧が加わる玉軸受は、強い負荷が加わるため消耗し易くピボット軸受装置全体で考えた場合の信頼性や寿命の点で不利となる。また、予圧を高くした玉軸受はトルクが高くなるので、低トルクのピボット軸受装置を得る場合には不利となる。

そこで本発明は、製造が容易であり、部品コストが低く、また高信頼性と高寿命を有し、更に低トルク特性を有するピボット軸受装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、筒形状の外側部材と、前記外側部材の内側に保持された軸部材と、前記軸部材を前記外側部材に対して回転可能な状態で保持し、軸方向に順に並んで配置された第１の玉軸受、第２の玉軸受および第３の玉軸受とを備え、前記第２の玉軸受の外輪のみ、前記外側部材に固着されておらず、前記円筒形状の外側部材の内側と前記第２の玉軸受の外輪との間に隙間が形成されており、前記第１および第３の玉軸受の外輪は、接着層を介して前記筒状の外側部材の内側に固着されており、前記接着層の厚さの分で前記隙間が形成されていることを特徴とするピボット軸受装置である。請求項１に記載の発明によれば、軸方向に３つ並んだ玉軸受の軸中心の位置のずれが吸収され、軸部材を回転させた際に受けるトルクの変動を抑えることができる。なお、固着というのは、接着剤等により固定し、動かないように一体化した状態のことをいう。

請求項１に記載の発明によれば、軸方向に３つ並んだ玉軸受の軸中心の位置のずれが吸収され、軸部材を回転させた際に受けるトルクの変動を抑えることができるので、全ての玉軸受に同じ仕様のものを利用できる。このため、製造が容易であり、部品コストを低くできる。また、各玉軸受の仕様が同じであるので、特定の玉軸受に負荷が集中する状態が避けられ、高信頼性と高寿命が得られる。更に、３つの玉軸受を使用するので、共振周波数を高めて低トルク特性を有するピボット軸受装置が得られる。また、請求項１に記載の発明によれば、第２の玉軸受の軸中心の変動が許容され、軸方向に３つ並んだ玉軸受の軸中心の位置のずれを吸収する構造が得られる。また、請求項１に記載の発明によれば、隙間を形成するための特別な加工を必要としないので、製造コストが上昇しない。

実施形態のピボット軸受装置の断面図である。実施形態のピボット軸受装置の断面図である。シャフトを回転させた際に受けるトルクの変動を測定するシステムの概念図である。シャフトを回転させた際に受けるトルクの変動を測定した結果を示すグラフである。

（構成１）
図１は、実施形態のピボット軸受装置の断面図である。図１には、ピボット軸受装置１００を軸方向で切った断面の構造が示されている。ピボット軸受装置１００は、回転する軸部材となるシャフト１０１と外側筐体となる筒形状のスリーブ１０２とを備えている。シャフト１０１とスリーブ１０２とは、第１の玉軸受１０３、第２の玉軸受１０８および第３の玉軸受１１３により結合し、スリーブ１０２に対してシャフト１０１が相対的に回転可能な構造とされている。

各玉軸受は、同じ仕様とされている。第１の玉軸受１０３は、外輪１０３ａ、転動体の一例である鋼球として機能するボール１０３ｂおよび内輪１０３ｃを備えている。ボール１０３ｂが回転することで、外輪１０３ａが内輪１０３ｃに対して相対的に回転する。第２の玉軸受１０８も同様に外輪１０８ａ、ボール１０８ｂおよび内輪１０８ｃを備えている。第３の玉軸受１１３も同様に外輪１１３ａ、ボール１１３ｂおよび内輪１１３ｃを備えている。

シャフト１０１の中心は、貫通孔１０１ａが形成され、この貫通孔１０１ａの内側に図示省略した雌ネジ構造が形成されている。この雌ネジ構造に図示しない他の軸部材の雄ネジ構造が噛み合わされることで、シャフト１０１の他の回転軸への接続が行われる。

シャフト１０１の一方の端部近くには、円環形状のフランジ部（外側鍔部）１０５が一体に設けられている。フランジ部１０５には、第１の玉軸受１０３の内輪１０３ｃが接触している。また、第１の玉軸受１０３の外輪１０３ａは、スリーブ１０２の内側に一体に設けられた円環形状の突出部（内側鍔部）１０２ａに接触している。第１の玉軸受１０３の外輪１０３ａの外周は、スリーブ１０２に接着層１０７によって接着され、内輪１０３ｃは、シャフト１０１の外周に接着層１０４により接着されている。

第１の玉軸受１０３に加わる予圧は、フランジ部１０５と突出部１０２ａとの間において加えられる。すなわち、フランジ部１０５→内輪１０３ｃ→ボール１０３ｂ→外輪１０３a→突出部１０２ａの順で力が加わり、第１の玉軸受１０３に対する予圧が与えられる。

第２の玉軸受１０８の外輪１０８ａは、スリーブ１０２と一体となった突出部１０２ａおよび円環形状のスペーサ１１０とに接触している。ここで、外輪１０８ａは、スリーブ１０２、突出部１０２ａおよびスペーサ１１０に接着（固着）されていない。そして、外輪１０８ａとスリーブ１０２の間には隙間１０２ｂが存在している。この例では、スリーブ１０２の第２の玉軸受１０８が位置する部分の内周面の内径が、他の部分に比較して、大きくされた拡径構造とされている。つまり、外輪１０８ａとスリーブ１０２との間に隙間１０２ｂが形成されるように外輪１０８ａに対向する部分のスリーブ１０２の内周面は、内径が拡大された構造とされている。なお、図１では、視認し易いように誇張して隙間１０２ｂが示されている。

スペーサ１１０は、その外周がスリーブ１０２に接触し、上下の面が第２の玉軸受１０８の外輪１０８ａと第３の玉軸受１１３の外輪１１３ａに接触している。なお、スペーサ１１０も他の部材に接触はしているが接着等により固着はされていない。第２の玉軸受１０８の内輪１０８ｃは、シャフト１０１に接着層１０６により接着されている。なお、内輪１０８ｃは、軸方向において他の部材に接触していない。

第２の玉軸受１０８に加わる予圧は、内輪１０８ｃ→ボール１０８ｂ→外輪１０８ａ→突出部１０２ａと加わっている。

第３の玉軸受１１３の外輪１１３ａは、スペーサ１１０に接触し、更にスリーブ１０２に接着層１１２により接着されている。したがって、第２の玉軸受１０８の外輪１０８ａのみが接着されていない構造になる。第３の玉軸受１１３の内輪１１３ｃは、接着層１１１によりシャフト１０１に接着されている。第３の玉軸受１１３に加わる予圧は、内輪１１３ｃ→ボール１１３ｂ→外輪１１３ａ→スペーサ１１０→第２の玉軸受の外輪１０８ａと加わっている。

（構成２）
図２は、実施形態のピボット軸受装置の断面図である。図２には、図１のピボット軸受装置１００とは異なる構造のピボット軸受装置２００を軸方向で切った断面が示されている。ピボット軸受装置２００は、シャフト１０１とスリーブ１０２とが第１の玉軸受１０３、第２の玉軸受１０８および第３の玉軸受１１３により結合し、スリーブ１０２に対してシャフト１０１が相対的に回転可能な構造とされている。

以下、図２に示すピボット軸受装置２００が図１に示すピボット軸受装置１００と異なる部分について説明する。ピボット軸受装置２００は、シャフト１０１の外周に接触した状態で挿入されたスペーサ１２０を備えている点が、図１のピボット軸受装置１００と異なっている。スペーサ１２０は、第２の玉軸受１０８の内輪１０８ｃと第３の玉軸受１１３の内輪１１３ｃとに接触し、内輪１０８ｃと内輪１１３ｃとの間で予圧を伝えている。なお、スペーサ１２０は、他の部材に接触はしているが接着等により固着はされていない。

また、図２に示すピボット軸受装置２００においても外輪１０８ａとスリーブ１０２の間にはわずかな隙間（図示省略）が存在している。ここで、ピボット軸受装置２００では、図１の構造の場合と異なり、スリーブ１０２の第２の玉軸受１０８が位置する部分の内周面は、内径が大きくされた構造とされておらず、上記の隙間は、接着層１１２の厚みに相当する寸法（０．５μｍ〜５０μｍ程度）とされている。すなわち、後述するように第３の玉軸受１１３の外輪１１３ａは、接着層１１２によってスリーブ１０２に接着されている。これに対して第２の玉軸受１０８の外輪１０８ａは、スリーブ１０２に接着されていない。このため、接着層１１２の厚みの分の隙間が外輪１０８ａとスリーブ１０２の内周との間に形成された構造とされている。

ピボット軸受装置２００における予圧について説明する。まず、第１の玉軸受１０３および第２の玉軸受１０８の予圧が与えられている状態は、ピボット軸受装置１００と同じである。第３の玉軸受１１３に与えられる予圧は、図１の場合と異なり、外輪１１３ａ→ボール１１３ｂ→内輪１１３ｃ→スペーサ１２０→第２の玉軸受の内輪１０８ｃと加わっている。第３の玉軸受１１３への予圧は、内輪１０８ｃをシャフト１０１に接着した後に加えられる。そのため、ピボット軸受装置２００における第３の玉軸受１１３への予圧は、第２の玉軸受１０８の内輪１０８ｃによって受け止められ、既に第２の玉軸受１０８に加わっている予圧に影響を与えない。

以上述べたように、図１（または図２）に示すピボット軸受装置１００（またはピボット軸受装置２００）は、筒形状の外側部材であるスリーブ１０２と、スリーブ１０２の内側に保持された軸部材であるシャフト１０１と、シャフト１０１をスリーブ１０２に対して回転可能な状態で保持し、軸方向に順に並んで配置された第１の玉軸受１０３、第２の玉軸受１０８および第３の玉軸受１１３とを備えている。そして、第２の玉軸受１０８の外輪１０８ａは、スリーブ１０２に接着されておらず、外輪１０８ａとスリーブ１０２との間には、僅かな隙間が設けられている。

また、スリーブ１０２の内側に一体に設けられ、第１の玉軸受１０３の外輪１０３ａと第２の玉軸受１０８の外輪１０８ａとに接触された状態で挟まれる接触部材である突出部１０２ａを更に備えている。また、シャフト１０１に一体に設けられ、第１の玉軸受１０３の内輪１０３ｃにおける第２の玉軸受１０８の側と反対の側において第１の玉軸受１０３の内輪１０３ｃに接触するフランジ部１０５を更に備えている。

（特性）
以下、図１に示すピボット軸受装置の軸受精度を測定した結果を説明する。ここでは、（Ａ）と（Ｂ）の２種類のサンプルを用意した。（Ａ）のサンプルは、本発明の実施例である図１に示すピボット軸受装置１００である。（Ｂ）のサンプルは、ピボット軸受装置１００において、更に第２の玉軸受１０８の外輪をスリーブ１０２に接着した構造である。

（測定システム）
まず測定を行ったシステムについて説明する。図３は、測定を行ったシステムの概要を示す概念図である。図３には、測定システム４００が示されている。

測定システム４００において、回転ホルダー４０１に保持スリーブ４０２を介して、図１のピボット軸受装置１００のスリーブ１０２が取り付けられている。回転ホルダー４０１は、駆動モータ４０３により回転させられる。ピボット軸受装置１００のシャフト１０１には、延長軸４０４が取り付けられ、延長軸４０４には、回転アーム４０５が取り付けられている。回転アーム４０５の端部近くには、接触片４０６が取り付けられ、接触片４０６には、ロードセル４０８の検出部４０７が接触している。

駆動モータ４０３が回転すると、回転ホルダー４０１が回転し、それに伴ってピボット軸受装置１００の外側筐体であるスリーブ１０２が、シャフト１０１に対して相対的に回転しようとする。この際、接触片４０６がロードセル４０８の検出部４０７に接触しているので、シャフト１０１は回転できず、シャフト１０１がピボット軸受装置１００から受けるトルクがロードセル４０８によって測定される。

（測定結果）
図４は、測定結果を示すグラフであり、横軸は、ピボット軸受装置１００のスリーブ１０２に対するシャフト１０１の相対回転角に対応する測定時間であり、縦軸は、シャフト１０１がスリーブ１０２から受けるトルクの値である。そして、図４（Ａ）は、第２の玉軸受１０８をスリーブ１０２に接着しないサンプルＡの測定データである。図４（Ｂ）は、第２の玉軸受１０８をスリーブ１０２に接着したサンプルＢの測定データである。

図４から明らかなように、３つの玉軸受をスリーブ１０２に接着したサンプルＢは、回転角に対するトルクの周期的な変動が見られる。これに対して、第２の玉軸受（中央の玉軸受）１０８をスリーブ１０２に接着しないサンプルＡは、回転角に対するトルクの変動がほとんど見られない。この測定結果から、中央の玉軸受を外側筐体であるスリーブ１０２に接着する構造に比較して、接着しない構造が、回転に対するトルク変動を抑える点で優れていることが結論される。

以下、このような結果となる原因について考察する。まず、３つの玉軸受のシャフト（回転軸）に対するラジアル方向の位置決め精度には、測定精度以下の極僅かな不均一性が存在する。つまり、３つの玉軸受の軸中心は、完全に一致せず、極僅かであるがずれている（勿論、偶然ほぼ一致する場合もある）。

ここで本実施形態では、中央の第２の玉軸受がスリーブ１０２に接着されておらず、その外輪とスリーブ１０２との間に僅かな隙間が設けられている。このため、中央の玉軸受の内輪と外輪の相対位置関係が、各玉軸受の軸中心の変動を吸収する程度に変位可能になると考えられる。この極僅かな変位によりシャフト１０１の相対回転に際する上記のずれが吸収され、図４（Ａ）に示すようにトルクの変動がほとんど現れなくなるものと考えられる。

一方、中央の玉軸受がスリーブ１０２に接着されていると、中央の玉軸受の内輪と外輪の相対位置関係が固定されるので、３つの玉軸受の軸中心のずれが吸収される余地がなくなり、このずれに起因してシャフト１０１の相対回転に際するトルクの変動が図４（Ｂ）に示すように現れるものと考えられる。

（応用例）
本発明は、ピボット軸受装置一般に利用できるが、軸を高い精度で保持するピボット軸受装置への利用に適している。このようなピボット軸受装置が必要とされる装置としては、ＨＤＤに利用される磁気記録媒体の検査装置や高密度記録が可能なＨＤＤにおける磁気ヘッドのスイングアームを支える軸のピボット軸受装置が挙げられる。これらの装置では、決められた位置への素早くそして速い磁気ヘッドの移動制御が重要となる。この際、スイングアームのピボット軸受装置の保持精度が、データの書き込み精度および読み取り精度に影響する。具体的には、データの書き込みおよび読み取りの精度、および動作速度を高める場合、スイングアームの軸受精度もそれに応じて高いものが要求される。この点で、本発明を利用したピボット軸受装置は、これらの装置への利用に適している。勿論、本発明を利用したピボット軸受装置は、その他の高い軸受精度が要求される用途に利用可能なことは言うまでもない。

本発明は、ピボット軸受装置に利用することができる。

１００…ピボット軸受装置、２００…ピボット軸受装置、１０１…シャフト（回転軸）、１０２…スリーブ（外側筐体）、１０２ａ…突出部、１０３…第１の玉軸受、１０４…接着層、１０５…フランジ部、１０６…接着層、１０７…接着層、１０８…第２の玉軸受、１１０…スペーサ、１１１…接着層、１１２…接着層、１１３…第３の玉軸受、１２０…スペーサ。

Claims

筒形状の外側部材と、
前記外側部材の内側に保持された軸部材と、
前記軸部材を前記外側部材に対して回転可能な状態で保持し、軸方向に順に並んで配置された第１の玉軸受、第２の玉軸受および第３の玉軸受と
を備え、
前記第２の玉軸受の外輪のみ、前記外側部材に固着されておらず、
前記円筒形状の外側部材の内側と前記第２の玉軸受の外輪との間に隙間が形成されており、
前記第１および第３の玉軸受の外輪は、接着層を介して前記筒状の外側部材の内側に固着されており、前記接着層の厚さの分で前記隙間が形成されていることを特徴とするピボット軸受装置。