JP4118993B2 - 回転機械 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ディスクや磁気ディスク等の円盤状記録媒体を高精度に回転駆動するに好適なスピンドルモータ等の、高精度の回転の実現に好適な回転機械に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
近年、ハードディスク等の円盤状記録媒体を回転駆動するスピンドルモータ(回転機械の一例)においては、その高速化が進む一方で、高精度化つまりNRROと呼ばれる回転非同期成分による振動の低減が求められている。
【0003】
スピンドルモータにおける軸受として最もよく用いられる玉軸受は、内輪と外輪との間に複数個の転動球体を周方向等間隔に配置して構成され、理想的には振動の発生はない。しかし実際には、軸受部品の加工公差やモータ組立時の内外輪の歪み等により、僅かに振れながら(振動しながら)回転する。
【0004】
従来では、玉軸受による励振を極力避ける目的で、内外輪、転動球体、リテーナの寸法精度向上を追求していたが、未解決になっている。即ち、軸受による振動の原因としては、(1)内輪の歪、(2)外輪の歪、(3)転動球体の相互差、(4)リテーナの不等配等が挙げられ、このうち、(3)及び(4)は、転動球体及びリテーナの製作精度を上げることにより対応することができる。しかし、(1)及び(2)については、スピンドルモータの軸受ハウジング形状の内外輪への転写や内外輪の相対的な傾き差、或いは内外輪を接着した場合の接着剤の熱収縮等により、内輪又は外輪が組立時に歪んでしばしば軌道面に周方向のうねりを生じ、この周方向のうねりにより引き起こされるNRROによって、ロータにピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が生じていたため、単品の製作精度を上げるだけでは対応できないのが現状である。
【0005】
本発明は、従来技術に存した上記のような問題点に鑑み行われたものであって、その目的とするところは、玉軸受の軌道面の周方向のうねりに起因する回転部のピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が、何れも効果的に抑制され、高精度の回転を実現し得る、記録媒体駆動用のスピンドルモータ等の回転機械を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の回転機械は、 固定部と、回転軸線上に重心を有する回転部を有し、回転軸線方向における2以上の箇所に配装された玉軸受を介して前記固定部に対し前記回転部が回転自在に支持されてなる回転機械であって、
各玉軸受において、転動球体は周方向等間隔に配置され、
回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長い位置の玉軸受における転動球体の数が合成数であり、前記重心との回転軸線方向距離が比較的に短い位置の玉軸受における転動球体の数が素数であることを特徴とする(請求項1)。
【0007】
回転部は、例えば、固定部に対し玉軸受によって支持された回転軸を有するものであってもよく、また例えば、固定部における固定軸部に対し玉軸受を介して回転部が支持されたものでもよい。前記の回転軸を有する回転部の場合、回転部の重心は通常回転軸の軸心線(その延長線を含む)上に位置し、前記の固定部における固定軸部に対し玉軸受を介して支持された回転部の重心は、通常固定軸部の軸心線(その延長線を含む)上に位置することとなる。なお、回転機械によって駆動される被駆動体等が回転部と一体に回転する場合においては、被駆動体等を含めた全体を回転機械として捉え、回転部及びその被駆動体等を含む全回転部の重心の位置を上述の重心の位置とすることが望ましい。
【0008】
上記回転機械は、玉軸受を2個有し、その各玉軸受が異なる回転軸線方向位置に配装されたものとすることができる(請求項2)。但し、玉軸受の数はこれに限るものではなく、3個以上であってもよい。3個以上の場合、回転軸線方向における位置は必ずしも全ての玉軸受が互いに離隔していることを要せず、例えば2個の玉軸受が回転軸線方向に隣接して1組の玉軸受を形成するものであってもよい。
【0009】
下記表1に、玉軸受の軌道面(固定軌道輪又は回転軌道輪)に周方向のうねりを有する場合のうねりの山数と、その玉軸受の転動球体の数(玉数)と、ラジアルNRRO振幅との関係を示す。また、下記表2に、玉軸受の軌道面(固定軌道輪又は回転軌道輪)に周方向のうねりを有する場合のうねりの山数と、その玉軸受の転動球体の数(玉数)と、アキシャルNRRO振幅との関係を示す。
【0010】
なお、表1及び表2は、一定条件下における解析結果を示すものであり、表1及び表2中、「大」は0.5μmを超える振幅、「中」は0.01μm乃至0.5μmの振幅、「小」は0.01μm未満の振幅、「/」は振動が発生しないことをそれぞれ示す。
【0011】
【表1】
【0012】
【表2】
表1に示されるように、転動球体の数が合成数(非素数、すなわち因数を2以上有する数)であるとき、軌道面の周方向のうねりの山数が、前記の合成数(転動球体の数)若しくはその整数倍の数よりも1大きい数又は1小さい数である場合を除けば、ラジアルNRROは転動球体の数が素数の場合よりも小さくなる。
【0013】
また、表2に示されるように、転動球体の数が素数であるとき、軌道面の周方向のうねりの山数が、前記の素数(転動球体の数)又はその整数倍の数である場合を除けば、アキシャルNRROは転動球体の数が合成数の場合より小さくなる。
【0014】
回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長い位置においては、ラジアル振動が比較的大きくなり易い。従って、その位置の玉軸受は転動球体の数を合成数とし、ラジアル振動を小さくするものとする。また、回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的短い(0の場合も含む)位置においては、ラジアル振動の振幅が比較的小さいため、その位置の玉受軸は転動球体の数を素数とする。
【0015】
なお、この回転機械は電動機とすることができ、この電動機は、ハードディスク等の磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD等の光ディスクを始めとする記録媒体、特に円盤状記録媒体を駆動するためのスピンドルモータの他、種々の電動機として用いることができる。
【0016】
転動球体の数が合成数である上記玉軸受、すなわち回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長い位置の玉軸受において、軌道面の周方向のうねりの山数が、前記の合成数(転動球体の数)若しくはその整数倍の数よりも1大きい数又は1小さい数である場合を除けば、表1に示されるように、その位置における回転部のラジアル振動は転動球体が素数の場合よりも小さく抑えることができる。
【0017】
転動球体の数が素数である上記玉軸受、すなわち回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に短い位置の玉軸受において、軌道面の周方向のうねりの山数が、前記の合成数(転動球体の数)若しくはその整数倍の数である場合を除けば、表2に示されるように、その位置における回転部のアキシャル振動は転動球体が合成数の場合よりも小さく抑えることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【0019】
図1は、ハードディスク(記録媒体の一例)が装着された軸回転型のハードディスク駆動用スピンドルモータ(回転機械の一例)の断面図、図2は、そのスピンドルモータの上玉軸受の拡大平面図、図3は、そのスピンドルモータの下玉軸受の拡大平面図である。
【0020】
このスピンドルモータは、ハードディスク駆動装置の基盤に固定されるブラケット10の環状凹部10aの内周側に立設された略円筒形状の軸受ハウジング部10bに対し、軸心方向に同軸状に配列された上下ラジアル玉軸受12・14を介して、ロータハブ16と一体をなす回転軸18が回転自在に支持されてなる。なお、ブラケットはハードディスク駆動装置の基盤に一体に形成されていてもよい。
【0021】
ブラケット10の軸受ハウジング部10bの外周部には、ステータコイル20が巻回されたステータコア22が外嵌固定されている。環状凹部10aの上部外周側には、環状張出部10cを有する。
【0022】
ロータハブ16は、略椀形状をなし、その外周壁の外周部に、円筒面部16b1と環状の外方突部16b2を備えた記録媒体保持部16bを有する。ロータハブ16の中央部には、下向きに突出する回転軸18が同軸状に内嵌固定されている。回転軸18の外径は、実質上一定である。ロータハブ16の外周壁には、ロータマグネット24が内嵌固定されてステータコア22に相対している。
【0023】
円筒面部16b1には2枚のハードディスク26が環状スペーサ28を挟んで外嵌され、ロータハブ16に取り付けられたクランプ部材30と外方突部16b2の間にそれらのハードディスク26が挟圧固定されている。
【0024】
上下ラジアル玉軸受12・14の外輪12a・14aは、軸受ハウジング部10bの内周部に圧入され、外輪12a・14aの外周面と軸受ハウジング部10bの内周面は、圧接状態で接着剤により固定されている。
【0025】
上下ラジアル玉軸受12・14における外輪12a・14aの軌道面と内輪12b・14bの軌道面の間には、それぞれ複数個の転動球体32・34がリテーナ(図示を略す)によって等間隔に配置されている。なお、実際には、転動球体の円滑な回転のために、そのリテーナの適個所にグリースが適量充填されており、さらに外輪12a・14aと内輪12b・14bの間の軸心方向両端面或いは一方の端面にグリースの流出を防止する円環状シールド板が設けられている。
【0026】
なお、軸受ハウジング部10bの下方開口部は、シール部材80により密封されている。
【0027】
ロータハブ16、ロータマグネット24、ハードディスク26、環状スペーサ28、クランプ部材30、及び上下ラジアル玉軸受12・14の内輪12b・14bによって構成される全回転部の重心G1は、回転軸18の軸心線における中央よりも上方に位置する。
【0028】
重心G1との回転軸線方向距離が比較的に短く、ラジアル振動の振幅が比較的小さい位置に位置する上ラジアル玉軸受12は、図2に示すように転動球体32の個数を11、すなわち素数としている。従って、上ラジアル玉軸受12のアキシャルNRROは小さく抑えられる。
【0029】
一方、重心G1との回転軸線方向距離が比較的に長く、ラジアル振動の振幅が比較的大きくなり易い位置に位置する下ラジアル玉軸受14は、図3に示すように転動球体34の個数を12、すなわち2種以上の因数を有する合成数としている。従って、下ラジアル玉軸受14のラジアルNRROは小さく抑えられる。
【0030】
こうして、回転部のピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が何れも抑えられる。
【0031】
図4は、ハードディスク(記録媒体の一例)が装着された軸固定型のハードディスク駆動用スピンドルモータ(回転機械の一例)の断面図である。
【0032】
このスピンドルモータは、ハードディスク駆動装置の基盤に固定されるブラケット50の中央嵌合孔に下端部が圧入固定されて立設された固定軸体52に対し、軸心方向に同軸状に配列された上下ラジアル玉軸受54・56を介して、ロータハブ58が回転自在に支持されてなる。
【0033】
ブラケット50における、ロータハブ58の内周壁部58aの外方側には、円筒状壁部50aが立設され、その外周部にステータコイル62が巻回されたステータコア64が外嵌固定され、ロータハブ58の外周壁に内嵌固定されたロータマグネット66と相対している。ロータハブ58にはハードディスク68が外嵌され、ロータハブ58に取り付けられたクランプ部材70とロータハブ58のデイスク受け部58bの間に挟圧固定されている。
【0034】
上下ラジアル玉軸受54・56の外輪54a・56aは、ロータハブ58の内周壁部58aに圧入され、外輪54a・56aの外周面とロータハブ58の内周壁部58aの内周面は、圧接状態で接着剤により固定されている。また、上下ラジアル玉軸受54・56の内輪54b・56bには、固定軸体52が圧入され、内輪54b・56bの内周面と固定軸体52の外周面は圧接状態で接着剤により固定されている。
【0035】
上下ラジアル玉軸受54・56における外輪54a・56aの軌道面と内輪54b・56bの弧状断面の軌道面の間には、図1のスピンドルモータと同様に、それぞれ複数個の転動球体がリテーナ(図示を略す)によって等間隔に配置されている。
【0036】
ロータハブ58、ロータマグネット66、ハードディスク68、クランプ部材70、及び上下ラジアル玉軸受54・56の外輪54a・56aによって構成される全回転部の重心G2は、固定軸体52の軸心線における中央に位置する。
【0037】
重心G2との回転軸線方向距離が比較的に長く、ラジアル振動の振幅が比較的大きくなり易い位置に位置する上ラジアル玉軸受54は、転動球体72の個数を12、すなわち2種以上の因数を有する合成数としている。従って、表1に示されるようにその回転軸線方向位置における回転部のラジアルNRROが小さく抑えられる。
【0038】
一方、重心G2との回転軸線方向距離が比較的に短く、ラジアル振動の振幅が比較的小さい位置に位置する下ラジアル玉軸受56は、転動球体74の個数を11、すなわち素数としている。従って、表2に示されるように、その回転軸線方向位置における回転部のアキシャルNRROが小さく抑えられる。
【0039】
こうして、回転部のピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が何れも抑えられる。
【0040】
なお、以上の実施の形態についての記述における上下位置関係は、単に図に基づいた説明の便宜のためのものであって、実際の使用状態等を限定するものではない。
【0041】
【発明の効果】
本発明の回転機械においては、回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長いためラジアル振動の振幅が比較的大きくなり易い回転軸線方向位置における回転部のラジアルNRROが抑えられ、回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に短いためラジアル振動の振幅が比較的小さい回転軸線方向位置における回転部のアキシャルNRROが抑えられる。そのため、玉軸受の軌道面の周方向のうねりに起因する回転部のピッチング振動、パラレル振動及びアキシャル振動等が、何れも効果的に抑制され、高精度の回転が実現される。
【0042】
従って、例えば本発明の回転機械が記録媒体駆動用のスピンドルモータである場合、記録媒体、特に円盤状記録媒体の回転精度を向上させてエラー発生を確実に防止しつつ記録密度を向上させる上で効果が高い。
【0043】
請求項3の回転機械においては、回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長いためラジアル方向の振動の振幅が比較的大きくなり易い位置における回転部のラジアルNRROがより確実性高く抑えられるので、回転部のピッチング振動及びパラレル振動が、何れもより効果的に抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図1】軸回転型のハードディスク駆動用スピンドルモータの断面図である。
【図2】スピンドルモータの上玉軸受の拡大平面図である。
【図3】スピンドルモータの下玉軸受の拡大平面図である。
【図4】軸固定型のハードディスク駆動用スピンドルモータ)の断面図である。
【符号の説明】
12 上ラジアル玉軸受
14 下ラジアル玉軸受
16 ロータハブ
26 ハードディスク
30 クランプ部材
32 転動球体
34 転動球体
Claims (3)
- 固定部と、回転軸線上に重心を有する回転部を有し、回転軸線方向における2以上の箇所に配装された玉軸受を介して前記固定部に対し前記回転部が回転自在に支持されてなる回転機械であって、
各玉軸受において、転動球体は周方向等間隔に配置され、
回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長くラジアル振動が比較的大きくなりやすい位置の玉軸受における転動球体の数を、ラジアルNRROが素数の場合より小さくなるよう合成数とし、前記重心との回転軸線方向距離が比較的に短くラジアル振動の振幅が比較的小さい位置の玉軸受における転動球体の数を、アキシャルNRROが合成数の場合より小さくなる素数としたことを特徴とする回転機械。 - 玉軸受を2個有し、その各玉軸受が異なる回転軸線方向位置に配装された請求項1記載の回転機械。
- 回転部の重心との回転軸線方向距離が比較的に長い位置の玉軸受における転動球体の数が、2種以上の因数を有する合成数である請求項1又は2記載の回転機械。
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