JPH03216872A - リニアガイド機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は磁気ディスク装置におけるヘッドをアクセスす
るため精度を向上したリニアガイド機構に関する。

【従来の技術〕

従来の装置は、ＬＩＳＰ４，７４３，９８７に記載のよ
うに、案内車をレールに押し付けて、案内機構を構成し
ている。案内車そのものには、何ら特別な工夫はされて
おらず、組立て誤差の影響は考慮されていない。この従
来の装置の構造では、案内車、すなわち、ガイド軸受に
組立て誤差を伴うと、次のような問題が発生する。

一つは，ガイド軸受外輪とレールの接点が、ガイド軸受
外輪の中心からわずかにずれた場合、ガイド軸受外輪と
レール間の摩擦力によって、外輪とレールの接点のレー
ル面に立てた法線方向回りに外輪を回転させるモーメン
トが作用する。このモーメントによって外輪の走行が不
安定となり、位置決め精度を低下させる原因となってい
た。

他の一つは、ガイド軸受が転がり方向に対して、角度を
持って組立てられた場合である。この場合、ガイド軸受
の外輪は軸方向に移動し，その結果、ガイド軸受の回転
軸とレール間の距離が変化して、位置決め精度を低下さ
せる原因となっていた。外輪の軸方向の移動は軸受の走
行を不安定にする原因でもあり、また、外輪とレール間
ですヘリを起こし、摩耗を発生させる原因ともなってい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ガイド軸受の組立て誤差の及ぼす影響
について考慮がされておらず、軸受の転勤体が軌道溝に
乗り上げて、内輪軸と案内路間の距離が変化し、リニア
ガイド機構の位置決め精度を低下させる問題や、ガイド
軸受の外輪と案内路間ですべりによって摩耗が発生し、
リニアガイド機構の信頼性を低下させる間厘があった。

本発明の目的は、リニアガイド機構の位置決め精度を向
上しさらに、信頼性の高いリニアガイド機構を備えた磁
気ディスク装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、案内路とガイド軸受の摩擦
力の一部、あるいは、全部を相殺する力を付与する部材
を軸受の外輪，あるいは、内輪軸に設け、軸受の外軸の
軸方向の動きを防止し、かつ、軌道溝へ転勤体が乗り上
げることを防止して、リニアガイド機構の案内精度を向
上させたものである。

また、案内路とガイド軸受の摩擦力の一部、あるいは、
全部を相殺する力を付与する方法として、磁性材料の反
発、あるいは、吸引を利用することによって、非接触で
軸受に力を付与することができ、組立て誤差をある程度
吸収できるだけでなく、軸受の走行を安定にできるので
、リニアガイド機構の案内精度を向上させることができ
る。

〔作用〕

本発明のリニアガイド機構は、ガイド軸受の外輪に軸方
向の力を付与する部材を備え、軸受の外輪と案内路間の
摩擦力を打ち消して、外輪の軸方向の移動を防止する。

軸受が軸方向に移動すると、軸受の転勤体が軌道溝に乗
り上げ、その結果、内輪軸と案内路間の距離が変化する
。この距離の変化は、リニアガイド機構によって案内さ
れる可動体の姿勢をガイド機構の場所によって変化させ
、位置による再現性を損う。これがリニアガイド機構の
位置決め精度を低下させる原因となるもので、本発明に
よって軸受の外輪の軸方向の動きを防止することができ
、リニアガイド機構の位置決め精度を良好に保つことが
可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は、リニアガイド機構の縦断面図を示す。ここでは、
リニアガイド機構を磁気ディスク装置に適用した場合に
ついて説明する。

最近の磁気ディスク装置は年々、大容量化が図られ、高
密度化，高スループット化が最大の課題となっている。

この中で、高密度化を図るためには、ヘッドをアクセス
するためのリニアガイド機構の案内精度を向上させるこ
とが必要である。

第１図に示す実施例では、リニアガイド機構で案内され
るキャリツジ５には、外周にガイド機構を構成するガイ
ド軸受９が取り付けられ、ガイド軸受９は、案内路１６
に押し付けられ、外軸回転で案内路１６の上を図面に垂
直な方向に転がる。

予圧軸受３４は、ばね部材２４によってラジアル方向の
力が与えられ、案内路１６に押し付けられている。この
押し付け力は、他のガイド軸受９にも与えられ、その結
果、キャリツジ５の姿勢が定まる。ガイド軸受９には、
さらに、軸方向の力が，プリロード部材３５によって付
与されている。このプリロード部材３５は、ガイド軸受
の外軸１２に一方の力発生部材２５が埋め込まれ、ガイ
ド軸受の外輸１２の外側に設けられたフタ２６に他方の
力発生部材２５が埋め込まれ、ガイド軸受の外輪１２が
いずれかの力発生部材２５に近づくと、軸方向の力が外
輸１２に作用し、反対方向に押し戻す。この場合、力発
生部材２５に外輪１２が近づくと軸方向の力が作用する
という反発力が利用している。反発力を利用できるもの
として、よく知られたものに磁性材料、すなわち、永久
磁石がある。プリロード部材３５によって、ガイド軸受
の外輪１２に軸方向の力が付与され、常に外輪１２が軸
受の中心位置に保持されることによって、外輪１２の転
がりが安定となり、しかも、軸受９の転勤体１３が軌道
溝に乗り上げることもなく、高精度なリニアガイド機構
とすることができる。

以上，本発明の一実施例について、構造とその動作原理
を説明したが、次に、リニアガイド機構が用いられる磁
気ディスク装置の全体構造を示し，リニアガイド機構の
役割と、案内精度の必要性について、また，ガイド軸受
の動作とその問題点について説明する。

第２図は、磁気ディスク装置の全体構造を示したもので
、データの読み書きを行うヘッド３と、データの記憶さ
れたディスク１と、ディスク１を回転させるスピンドル
モータ２と、ガイドアーム４に支持されたヘッド３を搭
載したキャリッジ５と、キャリッジ５を案内するガイド
軸受９と案内路８と、案内路８とスピンドルモータ２を
支持するベース１１と、キャリッジ５をアクセス動作さ
せるボイスコイル７とマグネット６と、ボイスコイル７
を駆動する駆動回路３６と、データの読み書きと駆動回
路３７を制御する制御回路３８と、ベース１１とマグネ
ット６とを弾性的に接続する連続部材１０とから構成さ
れる。

キャリッジ５は、ボイスコイル７とマグネット６とから
構成されるボイスコイルモー夕によって駆動され、案内
路８の上を往復運動する。これによって，ディスク１に
書き込まれたデータを読んだり、ディスク１にデータが
書き込まれる。このデータの読み書きのために、キャリ
ツジ５の先端のヘッド３をディスク１の任意の点に位置
決めしなければならない。この位置決め精度は、キャリ
ツジ５を案内路８の上を案内する精度と、ヘッド３がデ
ィスク上から検呂するポジション信号を用いた制御回路
３８の精度に依存している。そして、この位置決め精度
に悪い影響を及ぼすのが、ガイド軸受９の組立精度であ
る。第３図は，第２図のリニアガイド機構の一部をキャ
リツジ５のアクセス方向から見た場合のガイド軸受９の
断面図である。ガイド軸受９の組立精度の中で位置決め
精度に最も大きな影響を与えるのは、第４図に示すよう
なキャリツジ５のアクセス方向に対してある角度を持っ
てガイド軸受９が組立てられた場合である。第４図は、
第３図のガイド軸受９を上から見たリニアガイド機構の
部分平面図である。第４図の角度βは、車両関係でスリ
ップ角と呼ばれるもので、この角度が依存すると、第４
図において、キャリッジ５が矢印ａの方向へアクセス動
作をすると、ガイド軸受９の外輸１２は矢印ｂの方向へ
進む。これは，ガイド軸受の外輸１２と案内路１６の間
の摩擦力が作用するためで、この摩擦力によって、外輪
１２は、内輪軸１４に対して軸方向に移動する。外輸１
２が移動する範囲は、大きくてもガイド軸受９の軸方向
すきまの範囲内である。

第５図は、ガイド軸受の外輪１２が軸方向に変位した時
のガイド軸受の部分断面図である。この外輪の軸方向の
変位によって，転道体１３がガイド軸受９の軌道溝４０
に乗り上げ、その結果、内輪軸１４と案内路１６との間
の距離が変化する。

この距離の変化が、キャリツジ５の姿勢を変えるので、
リニアガイド機構の案内精度を低下させる。

キャリツジ５の姿勢の変化は、ディスク１とヘッド３の
相対位置に影響を与えるので，結果として、ヘッド３の
位置決め精度に悪い影響を与える。特に，一つのヘッド
で，ディスク１に書かれたポジション信号を検出して，
他の複数のヘッドの位置決めを行う方式の磁気ディスク
装置では、その影響は大きく、位置決め精度低下の大き
な問題となる。

内輪軸１４と案内路１６の間の距離の変化は、外輸１２
の軸方向の移動量に対して次式で表わされる。

Ｏ〈Δ＜ｃ，／２ Δ ：内輪軸と案内路間の距離の変化量 （＝転道体の軌道溝乗り上げ量） 軸受のラジアルすきま 内輪側軌道溝の半径 外輪側軌道溝の半径 転道体と内輪側軌道との接触角 転道体と外輪側軌道との接触角 転道体の直径 外転の軸方向の移動量 内輪軸と案内路間の距離の変化は、外輪の軸方向の移動
量に依存している。また、外輪の軸方向の移動量は、外
輪と案内路間の摩擦力と、転道体が軌道溝へ乗り上げた
ことによって発生する軸方向の力とがつり合うか、ある
いは、軸受の軸方向すきまで拘束されることによって上
限が決まる。

従って、リニアガイド機構の案内精度を高く維持するに
は、ガイド軸受の外輪の動きを拘束するか、あるいは、
外輪が動いても内輪軸と案内路闇の距離の変化がない構
造とすればよい。前者の外輪の動きを拘束する方法とし
ては、外輪の軸方向の動きを拘束する機械的な手段を設
けるか、あるいは、上述の外輪と案内路間の摩擦力をな
くす、つまり、ガイド軸受の外輪と案内路間の摩擦係数
をゼロ、もしくは、それに近い値とする方法が考えられ
る。

しかし、摩擦係数をゼロにすると，ガイド軸受の動きが
非常に不安定となるので，本発明では、ガイド軸受の外
輪の動きを、機械的な手段を用いて拘束する方法につい
て記載している。

第６図は、本発明の他の実施例である。この実施例はガ
イド軸受９の外輸１２の片側にプリロード部材３６を備
えた場合であって、第７図は、第６図のプリロード部材
の拡大図である。この実施例では，力発生部材２５に永
久磁石を用い、それの反発力を利用して、ガイド軸受の
外輪１２に軸方向の力を付与している。キャリツジ５が
往復運動すると，キャリツジの進行方向に対してある角
度を持って組立てられたガイド軸受の外輸１２は、外輪
と案内路１６の間の摩擦力によって、軸方向に往復運動
する。従って、本実施例の一方向から軸方向力を加える
方法をとると、必要な軸方向力の大きさは次式で与えら
れる。

Ｆ７≧　Ｆ，　＋μＦｒ ＦＰ：プリロード部材が付与する力 Ｆ１：軸受内部に発生する軸方向力 Ｆｒ：ガイド軸受のラジアル方向の押し付け方μ　：外
輪と案内路間の摩擦係数 軸受内部に発生する軸方向力Ｆｑは、軸道体が軌道溝に
乗り上げた時に発生する力で、第５図から転道体一個当
りのＦｑは次式で与えられる。

Ｆ　ｑ　＝　Ｆ　ｒｑｔａｎ　ａ　ｏ α０　：外輪と転道体の接触角 Ｆｒｑ：転道体一個当りのラジアル力 軸受の外輪側の力発生部材２５は、軸受の外輪に埋め込
まれている。これは軸受の外輪の容積を最小限に抑え、
かつ、内輪軸１４まわりの慣性モーメントを小さくする
ためである。外輪の慣性モーメントが大きくなると、軸
受の回転方向のすべりが発生する可能性があり、摩耗粉
の発生，案内精度の低下をきたす恐れがある。このため
、プリロード部材を付加したことによって、外輪の慣性
モーメントの増加もなく、小型化することができる。ま
たこの実施例では、外輪は常に軸方向に押し付けられ、
しかも、転道体は軌道溝に乗り上げたままである。この
ため、内輪軸の上，下動はなく、高精度な案内精度を期
待できる。

ガイド軸受を軸方向に機械的に固定した場合、軸受の組
立て精度によって、軸受が案内路に対してわずかに傾き
を持つ時、これを吸収することができなくなり、軸受の
内部や、外輪と案内路間で片当りが生じる可能性がある
。これは、ガイド機械の信頼性を損う原因ともなりかね
ない。しかし，本実施例の場合、非接触で力の付与を行
えるので、ガイド機構の信頼性を損うことなく、高い案
内精度を維持できる。

第７図の実施例では、反発力を利用したが、吸引力を利
用してもよい。

第８図は本発明の他の実施例のガイド軸受の維断面図で
ある。この実施例では、力発生部材としてばね部材３９
を圧縮あるいは引張りで用い、ばね部材３９は、プリロ
ード軸受４２で支持して、回転が自在であり、かつ、プ
リロード軸受４２とガイド軸受を同軸に構成している。

この実施例では、プリロード軸受４２とガイド軸受の外
軸１２とのすきまを大きくとることができ、組立てが容
易で、かつ、軸方向力の大きさの管理・設定が容易であ
るという利点を持つ。

第９＠は本発明の他の実施例のガイド軸受の断面図であ
る。この実施例では、力発生部材２５の反発力を利用し
て，ガイド軸受の外輪１２に軸方自力を付与する構造で
、力発生部材２５を軸方向に可動にし，ばね部材３０で
力発生部材２５を支持し、さらに、ばね部材３０をばね
部材押え２９で支持した。これによって、力発生部２５
とガイド軸受の外輸１２との間の距離を適正に保ち、か
つ、ばね部材３０を挿入したことで、プリロート部材の
組立を容易にし、外輪の走行を安定にできる。

第１０図は本発明の他の実施例のガイド軸受の断面図で
ある。プリロード部材をガイド軸受とキャリツジ５の間
に設け、かつ、永久磁石１７の吸引力を利用して外輪に
軸方向力を付与している。

そして、永久磁石１７とガイド軸受の外輸１２の間に磁
性流体１８を挿入し、力の付与と軸受のグリースのシー
ルを兼ねさせている。軸受の外輪の他方には、オイルシ
ール１５を設け、これで、完全に軸受は密封され、軸受
内部のグリースの飛散の心配はない。

第１１図は本発明の他の実施例のガイド軸受の断面図で
ある。力発生部材２１を軸受の外輪１２に取り付けたオ
イルシールプレート２０に埋め込み、力発生部材２２を
軸受の内輪軸１４に埋め込んでプリロード部材を構成し
ている。力発生部材は、反発を利用しても、吸引を利用
してもよい。

この構成は、最もコンパクトにできるのが利点である。

また、組立も容易である。

第１２図は本発明の他の実施例の説明図である。

ガイド軸受の外輸１２に過大な軸方向力を付与すると、
軸受の組み立て誤差によって、軸受の外輪と案内路が片
当りを起こした場合、この軸受の組立て誤差を吸収でき
ないため、外輪と案内路間で片当りによる摩耗が発生す
る可能性がある。これは、案内精度の低下，信頼性の低
下をきたす恐れがある。従って、第１３図に示すように
外輪と案内路の接点の回わりのモーメントで見ると、軸
方向力によるモーメントが、軸受の押し付け荷重による
モーメントよりも常に小さくなるように軸方向力を設定
することによって、ガイド軸受の外輪の片当りを防止す
ることができる。

ＤＢ ２２ ＦＰ＝軸方向力 Ｄ　＝外輪の直径 Ｆ，：軸受の押し付け荷重 Ｂ　：外輪の幅 第１４図は本発明の他の実施例のリニアガイド機構の縦
断面図である。この実施例は、ガイド軸受をハウジング
２３に設け、案内路をキャリジ５に設けたリニアガイド
機構である。この例では、可動部であるキャリッジ５を
軽量化できるので、高速化できる利点がある。プリロー
ド部材は、外輪を一方向に反発力で押し付けるか、吸引
カで引張る構造となっている。

第１５図は本発明の他の実施例のリニアガイド機構の部
分断面図である。プリロード部材をガイド軸受とキャリ
ッジの間に設け，プリロード部材の軸方向力は、力発生
部材２５の吸引、あるいは、反発の力を利用し、案内路
３２には円形断面の部材を用い、案内路３２は、ハウジ
ング１１に案内路固定ボルト３３で固定されている。ガ
イト軸受の内輪軸１４は、キャリツジ５に圧入、ねじに
よる固定，接着剤による固定，焼きばめ，または冷しは
めによって固定される。

案内路３２が円形断面であると、ガイド軸受の外輪と案
内路とは点接触になる。従って、組み立て誤差によって
外輪と案内路の接点が、軸受の中心からずれると、外輪
を回転させようとするモーメントが作用する。これは，
ガイド軸受の転がりを不安定にするもので、案内精度の
低下や、外輪と案内路の接点における摩耗発生の原因に
もなる。

しかし、本発明のプリロード部材によって外輪に軸方向
力を付与し、外輪に案内路から作用するモーメントに抗
するモーメントを作用させることによって、外輪の転が
りを安定化できる。この理由として力発生部材２５に永
久磁石の反発力を利用した場合、力発生部材２５の間の
距離に逆比例して、反発力が作用する。すなわち、近づ
いた側では反発力が大きく、離れた側では反発力が小さ
くなり、いわゆる，復元モーメントとして作用する。

従って、ガイド軸受の外輪の転がりを安定できるので，
高い案内精度を達成することができる。

第１６図は本発明の一実施例のガイド軸受の展開図であ
る。ガイド軸受の内輪軸１４に一方の力発生部材２５を
固定した蓋２６をボルト４３で固定し、他方の力発生部
材２５を備えた蓋２６は、内輪軸１４を通して，内輪軸
とキャリツジ、または、ハウジングとの間に固定される
。以上のように、本発明の一実施例のガイド軸受は構成
される。

第１７図は本発明の他の実施例の力発生部材で、蓋２６
の外周の円周上に力発生部材４１を分散して設けた場合
である。リニアガイド機構の高速化を図るために必要な
軽量化に効果がある。

第１８図は本発明の他の実施例のガイド軸受の断面図で
ある。ガイド軸受は玉軸受だけでなく，ころ軸受でも同
様に外輪の軸方向の移動は起りうる。ころ軸受の場合、
外輪が軸方向に移動すると、ころの端面が保持器に接触
し、摩耗・破損に至る恐れがある。本実施例によって軸
方向両方向から力を付与してやると、しかも、力発生部
材２５と外輪の距離に逆比例する形で力を付与してやる
ことによってガイド軸受のころがりの安定性・信頼性を
向上させることができる。

第１９図は本発明の他の実施例のガイド軸受の断面図で
、すベリ軸受をガイド軸受に利用した場合で、第１８図
の場合と同様な状況が発生する可能性があり，本発明の
効果によって，ガイト軸受の安定性，信頼性を向上させ
ることができる。

第２０図は本発明の他の実施例のガイド軸受の縦断面図
であり、ブリロード部材の力発生手段に流体の静圧（正
あるいは負の圧力）を利用している。プリロード部材と
して，ガイド軸受に具備する部材が少なくてすむことか
ら、軽量化に有効である。

〔発明の効果〕

本発明は、以上説明したように構成されているので以下
に記載されるような効果を奏する。

リニアガイド機構のガイド軸受の外輪に、軸方向の力を
付与する部材を備えたことにより、軸受の外輪と案内路
間の摩擦力を相殺し、軸受の走行を安定にすることがで
きる。また，軸受恐軸の軸方向の動きが防止され、軸受
内の転勤体が軌道溝を昇降することも抑えられ、ガイド
機構の位置決め精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のリニアガイド機構の縦断面
図、第２図は磁気ディスク装置の縦断面図、第３図はガ
イド軸受の縦断面図、第４図はガイド軸受の横断面図、
第５図はガイド軸受の部分縦断面図、第６図は本発明の
他の実施例のリニアガイト機構の縦断面図、第７図は第
６図の部分拡大図、第８図は本発明の他の実施例のガイ
ド軸受の縦断面図、第９図は本発明の他の実施例のガイ
ド軸受の縦断面図、第１０図は本発明の他の実施例のガ
イド軸受の縦断面図，第１１図は本発明の他の実施例の
ガイド軸受の縦断面図、第１２図はガイド軸受の縦断面
図、第１３図は軸受の軸方向力の使用領域を示す説明図
、第１４図は本発明の他の実施例のリニアガイド機構の
断縦断面図、第１５図は本発明の他の実施例のリニアガ
イド機構の縦断面図、第１６図は本発明の一実施例のプ
リロード部材の展開図、第１７図は本発明の他の実施例
のプリロード部材の斜視図、第１８図は本発明の他の実
施例のガイド軸受の縦断面図、第１９図は本発明の他の
ガイド軸受の縦断面図、第２０図は本発明の他のガイド
軸受の縦断面図である。 １・・・ディスク、２・・・スピンドルモータ、３・・
・ヘッド、４・・・ガイドアーム、５・・・キャリツジ
、６・・・マグネット、７・・・ボイスコイル、８・・
・案内路、９・・・ガイド軸受、１ｏ・・・連結部材、
１１・・・ベース、１２・・・外輪、１３・・・転動体
、１４・・・内輪軸、１５，１９・・・オイルシール、
１６・・・案内路、１７・・・永久磁石、１８・・・磁
性流体、２０・・・オイルシールプレート．２１・・・
力発生部材、２２・・・力発生部材、２３・・・軸受ハ
ウジング、２４・・・予圧部材、２５・・力発生部材、
２６・・・蓋，２７・・・予圧部材押え、第 ２ 閉 第３図 ｌ２ 第４図 ｌ６ 第 ５ 図 ′８６図 第 ｌ０ 図 第 ｌ２ 図 第 ｌ３ 図 細施力Ｆ２ ’！，　／４図 第ｌ６図 第 ！７図 ｌ６ 第ｌ９図 第 ２０ 図 ５ ４７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、複数個の内輪が固定され外輪が回転自在な軸受と、
   前記軸受の前記外輪がころがり接触する案内路と、前記
   案内路と前記軸受の接触を維持するための半径方向の力
   を付与する部材とを含むリニアガイド機構において、 前記軸受の前記外輪に軸方向の力を付与するプリロード
   部材を備えたことを特徴とするリニアガイド機構。