JP2002155953A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 転動体の不等配列が生じにくくＮＲＲ−ｆｃ
成分が極めて小さい、回転精度の優れた転がり軸受を提
供する。 【解決手段】 内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３と
の間に転動自在に配設された複数の玉４と、玉４を前記
両輪２，３の間に保持する冠形保持器５と、を備える玉
軸受１において、冠形保持器５を内輪２により案内し、
案内すきまＣを軸受内径Ｒの０．２５〜１．５％とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転がり軸受に係
り、特に、ハードディスクドライブ（以降はＨＤＤと記
す），フレキシブルディスクドライブ（ＦＤＤ），ビデ
オテープレコーダ（ＶＴＲ），デジタルオーディオテー
プレコーダ（ＤＡＴ），レーザービームプリンタ（ＬＢ
Ｐ）等の情報機器，音響・映像機器等において、高い回
転精度が要求される回転支持部分に好適に使用される転
がり軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような用途に使用される転がり軸
受においては、回転非同期成分の振れ（ＮＲＲ）が大き
な問題となっている。特に、ＨＤＤは、その記録密度の
向上率が年率１００％を超え、１インチ当たりのトラッ
ク数（ＴＰＩ：トラック パーインチ）もますます多く
なっているため、ＨＤＤに使用されるモータや軸受のＮ
ＲＲの低減要求がますます厳しくなっている。そして、
ＮＲＲの中でも、保持器及び転動体に起因するＮＲＲで
あるＮＲＲ−ｆｃ成分が、特に重要である。

【０００３】このＮＲＲ−ｆｃ成分が大きくなる要因と
しては、第一に、転がり軸受の転動体である玉に径相互
差があること、第二に、転がり軸受内において玉が等配
に配置されないこと（以降は、不等配列と記す）があげ
られる。まず、第一の要因である玉の径相互差について
は、近年の玉の加工精度の向上により、ある程度抑制す
ることができるようになってきている。

【０００４】次に、第二の要因である玉の不等配列につ
いて説明する。玉の不等配列は、保持器が転がり軸受内
で偏心し、その結果、玉の位置がそれぞれ不均一に偏る
ことにより生じるものである。よって、転がり軸受内で
保持器が偏心しにくくしたり、保持器のポケット内で玉
が動くことができる量を小さくすれば、不等配列の度合
いを小さくすることが可能である。

【０００５】一方、保持器のポケットの径は、該ポケッ
トが玉を強く拘束しないように、玉径より若干大径とな
っており、そのため、前記ポケットと前記玉との間には
ポケットすきまが介在することとなる。そして、このポ
ケットすきまがあることにより、玉はポケット内で動く
ことができるようになっている。このようなポケットす
きまの大きさは、転がり軸受のサイズ，転がり軸受の使
用条件，保持器の材料等の条件を考慮して設計されてい
る。

【０００６】したがって、従来の転がり軸受において
は、玉の不等配列を抑えるためポケットすきまを小さく
設計して、玉がポケット内で動くことができる量を小さ
くしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ポケッ
トすきまを小さくし過ぎると、製造上の誤差により玉と
保持器とが常に接触するようになったり、潤滑剤を保持
する空間が減少してポケットエッジ部で潤滑剤をかき取
りやすくなったりするため、潤滑不良による音響特性の
悪化や焼付きが起こる等の問題が生じる恐れがあった。
したがって、ポケットすきまを小さくすることには限界
があった。

【０００８】そこで本発明は、このような従来の転がり
軸受が有する問題点を解決し、転動体の不等配列が生じ
にくくＮＲＲ−ｆｃ成分が極めて小さい、回転精度の優
れた転がり軸受を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発
明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外
輪との間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記
転動体を前記両輪の間に保持する保持器と、を備えた転
がり軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも
一方によって前記保持器を案内し、案内すきまを軸受内
径の０．２５〜１．５％としたことを特徴とする。

【００１０】前記保持器の案内形式を軌道輪案内とする
と、玉案内等の場合と比較して前記保持器の偏心が抑制
されるので、前記転動体の不等配列が生じにくい。ま
た、前記案内すきまを軸受内径の０．２５〜１．５％と
したので、前記保持器の偏心が抑制されて、玉案内等の
場合では達成することが困難なレベルのＮＲＲ−ｆｃ成
分を容易に達成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る転がり軸受の実施の
形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本
発明の一実施形態である玉軸受１の構造を示す縦断面図
であり、図２〜４は、図１の玉軸受１が備える冠形保持
器５の斜視図である。玉軸受１は、内輪２と、外輪３
と、内輪２と外輪３との間に転動自在に配設された複数
の玉４と、玉４を前記両輪２，３の間に保持する冠形保
持器５と、を備えている。

【００１２】そして、円輪状のシール板６，６の外周部
を外輪３の両端部内周面に係止して、内輪２の外周面と
外輪３の内周面との間の開口部分をこのシール板６，６
でほぼ覆うことにより、内輪２と外輪３との間に形成さ
れる空間（玉４の設置部分）に存在するグリース（図示
せず）が外部に漏洩したり、あるいは、外部に浮遊する
塵挨が該空間内に侵入したりすることを防止している。

【００１３】また、冠形保持器５は、円環状の主部８
と、この主部８の片面に設けられた複数のポケット９と
を備えていて、各ポケット９は、互いに間隔をあけ対向
して配置された１対の弾性片１０，１０から形成されて
いる。各ポケット９を構成する１対の弾性片１０，１０
の互いに対向する面は、球状又は円筒状の凹面をなして
いる。なお、ポケット９の外縁部分は面取りされていて
もよいし、面取りされていなくてもよい。

【００１４】そして、弾性片１０，１０の間隔を弾性的
に押し広げつつ、１対の弾性片１０，１０の間に玉４を
押し込むことにより、冠形保持器５は各ポケット９内に
玉４を転動自在に保持することができる。このような保
持器５は、射出成形等の方法で樹脂材料を成形すること
により一体に形成されている。

【００１５】前記樹脂材料としては、例えば、ナイロン
６６，ナイロン４６等のポリアミド樹脂、ＰＴＦＥ，Ｅ
ＴＦＥ等のフッ素樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹
脂（ＰＥＥＫ）等のエーテルケトン系樹脂、ポリエーテ
ルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリオキシメチレン樹脂
（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢ
Ｔ）、直鎖型ポリフェニレンサルファイド樹脂（Ｌ−Ｐ
ＰＳ）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリエーテ
ルイミド樹脂（ＰＥＩ）、熱可塑性ポリイミド樹脂（Ｔ
ＰＩ）、ポリエーテルニトリル樹脂（ＰＥＮ）等があげ
られる。

【００１６】これらの樹脂材料には、強度を付与するた
めに繊維等の補強材を添加してもよい。例えば、ガラス
繊維，炭素繊維，アラミド繊維，チタン酸カリウムのよ
うな各種ウィスカ等があげられる。なお、補強材の添加
量は、保持器の強度，成形性，組立性等を考慮して適宜
選択すればよい。通常は、５〜４０重量％である。ま
た、これらの樹脂材料には、潤滑性を付与するために潤
滑油等の潤滑剤を添加してもよい。

【００１７】なお、保持器５は、金属材料により構成し
てもよい。さらに、保持器５の主部８の内周面には、円
周方向等間隔に複数の凸部７が設けられていて、該凸部
７の先端面７ａ（保持器５の内側を向いている面）が保
持器５の案内面として作用するようになっている。すな
わち、凸部７の先端面７ａと内輪２の外周面（保持器案
内面）とは案内すきまＣを介して対向していて、保持器
５の回転を案内し、且つ保持器５の偏心に伴う振れ回り
を防いでいる。そして、案内すきまＣの大きさは、軸受
内径Ｒの０．２５〜１．５％とされている。なお、凸部
７の数は、保持器５の案内面として作用するならば、特
に限定されるものではない。

【００１８】このように玉軸受１の保持器５の案内形式
は内輪案内となっているので、玉案内の場合と比べて保
持器５の偏心が抑制されるので、玉４の不等配列が生じ
にくい。また、案内すきまＣを上記のように小さく設定
しているので、保持器５の偏心が抑制されて、ポケット
すきまを特段に小さくすることなく、玉案内等の場合で
は達成することが困難なレベルのＮＲＲ−ｆｃ成分を容
易に達成することができる。

【００１９】なお、凸部７の形状は、保持器５の案内面
として作用する面を有するならば特に限定されるもので
はなく、図２のような略直方体状の他、図３のような円
柱面を有する形状でもよいし、半球状（図示せず）でも
よい。図３のような凸部７や半球状の凸部の場合は、保
持器５の内側に向いた曲面（円柱面又は球面）が先端面
７ａとなる。

【００２０】また、凸部７は、図４のように保持器５の
内周面の全周にわたって連続して設けられたものでもよ
い。さらに、冠形保持器５の主部８の外周面に凸部７を
設けて、保持器の案内形式を外輪案内としてもよい。そ
の場合は、凸部７の先端面７ａ（保持器５の外側を向い
ている面）が保持器５の案内面として作用する。

【００２１】すなわち、凸部７の先端面７ａと外輪３の
内周面（保持器案内面）とは案内すきまＣを介して対向
していて、保持器５の回転を案内し、且つ保持器５の振
れ回りを防いでいる。そして、案内すきまＣの大きさ
は、軸受内径Ｒの０．２５〜１．５％とされている。こ
のような玉軸受の作用，効果は、前述の内輪案内の玉軸
受１の場合と同様である。

【００２２】なお、冠形保持器５の主部８の内周面と外
周面との双方に凸部７を設けて、内輪と外輪との両方で
冠形保持器５を案内するようにしてもよい。次に、上記
のような内輪案内の玉軸受のＮＲＲ−ｆｃ成分を計算し
た結果について説明する。このＮＲＲ−ｆｃ成分は、保
持器５が径方向に最大に偏心した際に、玉４が保持器５
のポケット内において保持器５の偏心方向に限界（ポケ
ットに接触する）まで移動して、玉４の不等配列が最大
になる（図５参照）と仮定して、求めたものである。

【００２３】玉軸受としては、案内すきまＣの大きさを
軸受内径Ｒの０．２５％，０．５％，１．０％，１．５
％，２．０％，２．５％としたものを用意し、さらに、
それぞれについてポケットすきまの大きさを数種変えた
ものを用意した。また、比較例として玉案内保持器を備
えた玉軸受についても、同様にポケットすきまの大きさ
を数種変えたものを用意した。なお、このＮＲＲ−ｆｃ
成分の計算においては、ポケットすきまの大きさを示す
尺度として、保持器のポケットの径と玉径との比（ポケ
ット径／玉径）を使用した。また、玉軸受は、内径４ｍ
ｍ，外径１０ｍｍ，幅２．６ｍｍ，玉径１／１６イン
チ，玉数８個の軸受である。

【００２４】上記の各種玉軸受についてＮＲＲ−ｆｃ成
分を計算した結果を、図６のグラフに示す。直線６１〜
６６は内輪案内保持器を有する玉軸受、直線６７は玉案
内保持器を有する玉軸受の結果を、それぞれ示してい
る。そして、直線６１は案内すきまＣが軸受内径Ｒの
０．２５％の場合、直線６２は同じく０．５％の場合、
直線６３は同じく１．０％の場合、直線６４は同じく
１．５％の場合、直線６５は同じく２．０％の場合、直
線６６は同じく２．５％の場合である。また、グラフの
横軸は、ポケットすきまの大きさを示す保持器のポケッ
トの径と玉径との比であり、縦軸はＮＲＲ−ｆｃ成分で
ある。

【００２５】今回のＮＲＲ−ｆｃ成分の計算において
は、ポケット径／玉径を１．０１まで計算を行っている
が、実際に保持器を製造する場合には、ポケットの真円
度や公差から考えて、ポケット径／玉径の設計限界は
１．０２程度である。すなわち、ポケットすきまをこれ
より小さくすると、ポケット形状の真円からのずれや寸
法公差、温度変化による膨張，収縮などにより、ポケッ
トが玉を拘束することとなり、異常トルクが発生した
り、ポケットエッジ部が潤滑剤をかき取って潤滑不良を
起こしたりするおそれが出てくる。

【００２６】ポケット径／玉径が設計限界である１．０
２の場合、比較例（玉案内保持器を備える玉軸受）で達
成可能なＮＲＲ−ｆｃ成分は１３ｎｍである（直線６７
参照）。ＨＤＤの高記録密度化に伴って、今後さらにＮ
ＲＲの低減が要求され、その場合はＮＲＲ−ｆｃ成分を
１０ｎｍ以下とする必要が出てくることが予想される
が、上記のような玉案内保持器を備える玉軸受では、そ
の達成は極めて困難である。

【００２７】グラフから分かるように、内輪案内保持器
を備えた玉軸受の方が、玉案内保持器を備えた玉軸受よ
りもＮＲＲ−ｆｃ成分の低減に効果がある。ただし、案
内すきまＣが大きいと、その効果は小さくなる傾向があ
る。そして、案内すきまＣを軸受内径Ｒの１．５％以下
とすれば、玉案内保持器を備えた玉軸受での下限である
１３ｎｍと同等以上のＮＲＲ−ｆｃ成分を達成すること
が可能となる（ポケット径／玉径が１．０２の場合）。
また、案内すきまＣを軸受内径Ｒの０．２５％未満とす
ると、保持器の案内面（凸部７の先端面７ａ）と内輪２
の外周面との間の摩擦トルクが大きくなり、潤滑不良や
焼付きなどを起こすおそれがある。したがって、案内す
きまＣは、軸受内径Ｒの０．２５％以上１．５％以下と
することが好ましい。

【００２８】次に、上記の玉軸受とは寸法が異なる別の
玉軸受を用いて、上記と同様にＮＲＲ−ｆｃ成分の計算
を行った。この玉軸受は、内径５ｍｍ，外径１３ｍｍ，
幅４ｍｍ，玉径２ｍｍ，玉数８個の軸受である。また、
案内すきまＣの大きさは、軸受内径Ｒの０．５％，１．
０％，１．５％，２．０％，２．５％のものを用意し
た。

【００２９】計算結果を図７のグラフに示す。直線７１
〜７５は内輪案内保持器を有する玉軸受、直線７６は玉
案内保持器を有する玉軸受の結果を、それぞれ示してい
る。そして、直線７１は案内すきまＣが軸受内径Ｒの
０．５％の場合、直線７２は同じく１．０％の場合、直
線７３は同じく１．５％の場合、直線７４は同じく２．
０％の場合、直線７５は同じく２．５％の場合である。

【００３０】図７のグラフから分かるように、この玉軸
受の場合も同様に、案内すきまＣを軸受内径Ｒの１．５
％以下とすると、ＮＲＲ−ｆｃ成分を非常に小さい値に
抑えることができる。以上説明したように、本実施形態
の玉軸受は、保持器の案内形式を内輪案内とし、案内す
きまＣを軸受内径Ｒの０．２５〜１．５％としたので、
ＮＲＲ−ｆｃ成分が極めて小さく、回転精度が大変優れ
ている。

【００３１】よって、このような玉軸受は、ＨＤＤの回
転支持部分に好適に使用することができる。なお、本実
施形態の玉軸受は、ＨＤＤに限らず種々の装置の回転支
持部分に適用することができることは勿論である。な
お、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、
本発明は本実施形態に限定されるものではない。

【００３２】例えば、本実施形態においては、転がり軸
受として玉軸受を例示して説明したが、本発明の転がり
軸受は、他の種類の様々な転がり軸受に対して適用する
ことができる。例えば、円筒ころ軸受，円すいころ軸
受，アンギュラ玉軸受等のラジアル形の転がり軸受であ
る。また、保持器の形状，種類、樹脂材料の種類等も、
本発明の目的を達成できるものであれば、本実施形態に
限定されるものではない。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明の転がり軸受は、
保持器の案内形式を軌道輪案内としたので、玉案内等の
場合と比較して前記保持器の偏心が抑制されて、転動体
の不等配列が生じにくい。また、案内すきまを軸受内径
の０．２５〜１．５％としたので、前記保持器の偏心が
抑制されて、玉案内等の場合では達成することが困難な
レベルのＮＲＲ−ｆｃ成分を容易に達成することができ
る。

【００３４】よって、本発明の転がり軸受は、回転精度
が大変優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の転がり軸受の一実施形態である玉軸受
の構造を示す縦断面図である。

【図２】図１の玉軸受が備える冠形保持器の斜視図であ
る。

【図３】図２の保持器の変形例を示す斜視図である。

【図４】図２の保持器の他の変形例を示す斜視図であ
る。

【図５】保持器が偏心して不等配列となった玉の状態を
示す概念図である。

【図６】ポケットすきまとＮＲＲ−ｆｃ成分との相関を
示すグラフである。

【図７】別の玉軸受において、ポケットすきまとＮＲＲ
−ｆｃ成分との相関を示すグラフである。

【符号の説明】 １ 玉軸受 ２ 内輪 ３ 外輪 ４ 玉 ５ 冠形保持器 ７ 凸部 ７ａ 先端面 Ｃ 案内すきま Ｒ 軸受内径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿知波 博也 神奈川県藤沢市鵠沼神明一丁目５番50号 日本精工株式会社内 Ｆターム(参考） 3J101 AA01 AA32 AA42 AA52 AA62 AA72 BA53 BA54 FA41 GA53

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪と
   の間に転動自在に配設された複数の転動体と、前記転動
   体を前記両輪の間に保持する保持器と、を備えた転がり
   軸受において、前記内輪及び前記外輪の少なくとも一方
   によって前記保持器を案内し、案内すきまを軸受内径の
   ０．２５〜１．５％としたことを特徴とする転がり軸
   受。