(57)【要約】【課題】  転がり軸受の加工精度を向上することなく、回転体であるハブ部材の振れを低減し、磁気ディスク装置等のデータが正確に書き込み・読み取りできるスピンドルモータを提供する。【解決手段】  スピンドルモータ１０は、ブラケット１１と、該ブラケット１１と相対的に回転するハブ部材１２と、これらの間に介在された一対の転がり軸受１３，１４とを備え、一対の転がり軸受１３，１４は、転動体２８，３１の直径、公転軌道直径、及び個数において互いに同一であり、且つ、一対の転がり軸受１３，１４の一方が外輪回転であり、他方が内輪回転である。【選択図】  図１
2006050848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラケットと、該ブラケットと相対的に回転するハブ部材と、これらの間に介在された一対の転がり軸受とを備えたスピンドルモータであって、
前記一対の転がり軸受は、転動体の直径、公転軌道直径、及び個数において互いに同一であり、且つ、前記一対の転がり軸受の一方が外輪回転であり、他方が内輪回転であることを特徴とするスピンドルモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピンドルモータに関し、特に、ハードディスクドライブ装置（HDD）、ビデオテープレコーダー（VTR）ドラムスピンドル等の情報機器に利用されるスピンドルモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種のスピンドルモータは、シャフトの軸方向両端に設けられた２列の転がり軸受が共に外輪回転、或いは共に内輪回転するように構成されている。例えば、図４に示されるように、スピンドルモータ１００は、ステータ１０１が外嵌される円筒部１０２を有するブラケット１０３と、この円筒部１０２内に挿入されるシャフト１０４を有し、内周面にロータ磁石１０５が取り付けられたハブ部材１０６とを有する。ブラケット１０３とハブ部材１０６は、円筒部１０２とシャフト１０４との間に介在された２列の転がり軸受１０７，１０８を介して、互いに相対回転する。２列の転がり軸受１０７，１０８は、ともに外輪１０９をブラケット１０３の円筒部１０２に、内輪１１０をハブ部材１０６のシャフト１０４に接着または圧入で固定しており、２列の内輪１１０はハブ部材１０６と共に回転する。
【０００３】
一方、他のスピンドルモータとして、一対の転がり軸受の一方が外輪回転で、他方が内輪回転で使用するものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。図５に示されるように、特許文献１に記載されたスピンドルモータ２００は、ブラケット２０１に突設された円筒部２０２の基端部２０３の大径部２０４内に第1の転がり軸受２０５が配置されて、円筒部２０２内に挿入されるシャフト２０６の他端２０７が内輪回転で支持されるとともに、円筒部２０２の先端２０８の外側に第２の転がり軸受２０９が配置されて、シャフト２０６の一端２１０に固着されたハブ２１１が外輪回転で支持されている。これにより、ステータ２１２が外嵌固定される円筒部２０２の外径を小径とすることができ、その分ステータ２１２の径方向の厚み寸法を大きくすることができ、磁気効率を向上させている。
【特許文献１】実開平１−１４７６６９号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スピンドルモータでは、ハブ部材は２列の転がり軸受を介在してブラケットと相対的に回転運動するが、ハブ部材は転がり軸受の外輪軌道面・内輪軌道面・転動体の加工誤差により回転に同期しないわずかな振れ（ＮＲＲＯ）を伴いながら回転する。
【０００５】
ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）等の磁気ディスク装置では、記録メディアである磁気ディスクをハブ部材に固定し、磁気ヘッドがディスク信号の書き込みおよび読み取りを行なう。しかしながら、ＮＲＲＯが大きいと書き込み・読み取りが正確に再現できずにエラーになってしまう。現状、転がり軸受を使用したスピンドルモータの書き込み・読み取りエラーの多くは、転動体の公転に同期する周波数（ｆｃ成分）に起因すると考えられている。
【０００６】
転がり軸受の外輪軌道面・内輪軌道面・転動体の加工をより精度良くできればＮＲＲＯを抑えることができるが、加工精度にも限界があり、ディスク記録の更なる高密度化へ追従するのが困難になりつつある。
【０００７】
また、２列の同一の転がり軸受が共に外輪回転、或いは共に内輪回転で構成されているスピンドルモータにおいては、各列の振動周波数が一致するため、共振によってさらに大きな振れとなり、エラーが起こる可能性を増大している。
【０００８】
一方、２列の転がり軸受の転動体直径・公転軌道直径・個数を異ならせることで各列の共振を避けることはできるが、振動周波数が増えるため、スピンドルモータの固有振動数との共振が起こりやすくなり、この場合もエラーが起きる可能性を増大させてしまう。このときのスピンドルモータの固有振動数は、モータ設計により異なるが通常３００〜８００Ｈｚ程度であり、４２００〜１５０００ｍｉｎ−１の使用条件では回転１次成分（７０〜２５０Ｈｚ）よりも高い周波数であり、転がり軸受の振動周波数としては転動体自転成分、軌道輪のうねり成分が相当する。
【０００９】
また、特許文献１に開示されたスピンドルモータ２００では、第２の転がり軸受２０９を第1の転がり軸受２０５に比べて大径のものを使用することで、第２の転がり軸受２０９は磁気ディスクによる荷重のアンバランスに十分に対応できることが開示されており、２列の転がり軸受２０５，２０９の転動体の直径・公転軌道直径・個数を意図的に異ならせることを記載している。このため、スピンドルモータ２００の固有振動数との共振が起こりやすく、書き込み・読み取りのエラーを防ぐことができない。
【００１０】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受の加工精度を向上することなく、回転体であるハブ部材の振れを低減し、磁気ディスク装置等のデータが正確に書き込み・読み取りできるスピンドルモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  ブラケットと、該ブラケットと相対的に回転するハブ部材と、これらの間に介在された一対の転がり軸受とを備えたスピンドルモータであって、
前記一対の転がり軸受は、転動体の直径、公転軌道直径、及び個数において互いに同一であり、且つ、前記一対の転がり軸受の一方が外輪回転であり、他方が内輪回転であることを特徴とするスピンドルモータ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のスピンドルモータによれば、一対の転がり軸受は、転動体の直径、公転軌道直径、及び個数において互いに同一とし、且つ、一対の転がり軸受の一方を外輪回転、他方を内輪回転としたので、一対の転がり軸受の振動周波数は転動体公転成分のみ異なり、転がり軸受の加工精度を向上することなく、回転体であるハブ部材の振れを低減し、磁気ディスク装置等のデータを正確に書き込み・読み取りできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施形態に係るスピンドルモータについて図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係るスピンドルモータについて図１を参照して説明する。図１に示されるように、本実施形態のスピンドルモータ１０は、ブラケット１１と、ブラケット１１と相対的に回転するハブ部材１２と、これらの間に介在された一対の転がり軸受１３、１４とを備える。
【００１５】
ブラケット１１は、フランジ状の台座１５と、台座１５に立設された円筒部１６とを備える。円筒部１６は、基端部に大径円筒部１７を、先端部に大径円筒部１７より小径の小径円筒部１８を、基端部と先端部との間にステータ１９が外嵌される中間円筒部２０とを備える。
【００１６】
ハブ部材１２は、そのフランジ部２１の中央に設けられた円孔２２にシャフト２３を固着するともに、内周面にはロータ磁石２４が取り付けられている。また、フランジ部２１には、円孔２２から所定距離だけ離れた位置で、シャフト２３の基端部を囲むように突出する環状部２５が形成されている。
【００１７】
一対の転がり軸受１３，１４は、フランジ部２１の環状部２５の内周面に内嵌される外輪２６と、小径円筒部１８の外周面に外嵌される内輪２７と、外輪２６と内輪２７との間に転動自在に配置された複数の転動体（玉）２８を有する第１の転がり軸受１３と、大径円筒部１７の内周面に内嵌される外輪２９と、シャフト２３の先端部の外周面に外嵌される内輪３０と、外輪２９と内輪３０との間に転動自在に配置された複数の転動体（玉）３１を有する第２の転がり軸受１４とからなる。これにより、第１の転がり軸受１３は外輪回転し、第２の転がり軸受１４は内輪回転する。なお、各転がり軸受１３，１４の外輪２６，２９および内輪２７，３０は、接着剤あるいは圧入により各部材に固定されている。
【００１８】
また、一対の転がり軸受１３，１４は、転動体２８，３１の直径、公転軌道直径および個数において互いに同一に形成されている。このため、外輪２６，２９と内輪２７，３０は、各軌道面の径方向位置を互いに一致させており、第２の転がり軸受１４は、内輪３０の肉厚を第１の転がり軸受１３の内輪２７より厚く形成している。
【００１９】
ところで、回転時に発生する転がり軸受の振動周波数（軸方式１次）は、以下の式で与えられる。
・  外輪回転のとき
転動体公転成分（ｆｃ成分）  （1 + Dw cosα/Dpw）・ne/120（Hz）
外輪のうねり成分                  z・（1 - Dw cosα/Dpw）・ne/120（Hz）
内輪のうねり成分                  ｚ・（1 + Dw cosα/Dpw)・ne/120（Hz）
転動体自転成分              （Dpw/Dw - Dwcos2α/Dpw）・ne/120（Hz）
・  内輪回転のとき
転動体公転成分（ｆｃ成分）  （1 - Dw cosα/Dpw）・ni/120（Hz）
外輪のうねり成分                  z・（1 - Dw cosα/Dpw）・ni/120（Hz）
内輪のうねり成分                  ｚ・（1 + Dw cosα/Dpw）・ni/120（Hz）
転動体自転成分              （Dpw/Dw - Dwcos2α/Dpw）・ni/120（Hz）
ここで、    Dpw：転動体公転軌道直径       （ｍｍ）
Dw：転動体直径                （ｍｍ）
α：転動体と軌道輪との接触角  （°）
z：転動体の個数               （ｐｃｓ）
ne：外輪回転速度              （ｍｉｎ−１）
ni：内輪回転速度              （ｍｉｎ−１）
【００２０】
この計算式から分かる通り、回転速度が同じ場合、外輪回転と内輪回転との振動周波数は転動体公転成分（ｆｃ成分）のみ異なり、外輪のうねり成分、内輪のうねり成分及び転動体自転成分はそれぞれ同じ式で与えられる。
【００２１】
この結果から、転がり軸受を２列で使用するモータにおいて、各列の転動体の直径・公転軌道直径・個数が互いに同一であり、且つ、一方が外輪回転、他方が内輪回転であれば、転動体公転成分（ｆｃ成分）のみ異ならせることができる。
【００２２】
これにより、各列の転動体公転成分（ｆｃ成分）の共振をなくし、磁気ディスク装置用途における書き込み・読み取りエラーを防止することができる。同時に、外輪のうねり成分・内輪のうねり成分・転動体自転成分は同じであるため、スピンドルモータの固有振動数との共振の可能性が増大することはなく、従来のスピンドルモータと同様、比較的容易に共振を回避する設計ができる。
【００２３】
また、転動体と軌道輪との接触角を決める外輪軌道曲率・内輪軌道曲率・ラジアル内部すきまについても各列で同一であることが望ましいが、この種のモータに使用される転がり軸受の接触角は１５〜２５°が大半であり、cosαが限りなく１に近い振動周波数への影響が小さいことから、必ずしも同一でなくてもよい。
【００２４】
従って、本実施形態のスピンドルモータ１０によれば、一対の転がり軸受１３，１４は、転動体２８，３１の直径、公転軌道直径、及び個数において互いに同一とし、且つ、第１の転がり軸受１３を外輪回転、第２の転がり軸受１４を内輪回転としたので、一対の転がり軸受１３，１４の振動周波数は転動体公転成分のみ異なり、転がり軸受１３，１４の加工精度を向上することなく、回転体であるハブ部材１２の振れを低減し、磁気ディスク装置等のデータを正確に書き込み・読み取りできる。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るスピンドルモータについて図２を参照して説明する。なお、第１実施形態と同等部分については、同一符号を付して、説明を簡略化或いは省略する。
【００２６】
図２に示されるように、本実施形態のスピンドルモータ４０は、ブラケット４１と、ブラケット４１と相対的に回転するハブ部材４２と、これらの間に介在された一対の転がり軸受１３、１４とを備える。
【００２７】
ハブ部材４２は、段付き形状とした第１のフランジ部４３と第２のフランジ部４４を備え、円孔２２を有する第１のフランジ部４３を第２のフランジ部４４より軸方向外方に向けて突出させている。これにより、第２のフランジ部４４の径方向内方に、第１の転がり軸受１３が配置される空間ｓが形成され、第２のフランジ部４４の内周面には、第１の転がり軸受１３の外輪２６が内嵌されている。
【００２８】
また、ブラケット４１の円筒部４５は、第１の転がり軸受１３の内輪２７が外嵌される小径円筒部１８がハブ部材４２に形成された空間ｓ内に突出しており、中間円筒部４６の軸方向長さは第１実施形態の中間円筒部２０より長く形成される。また、中間円筒部４６は、第1実施形態のものよりも薄肉に形成しており、ステータ４７は、軸方向から見て一対の転がり軸受１３，１４と部分的に重なる位置で、中間円筒部４６の外周面に外嵌されている。
【００２９】
一対の転がり軸受１３，１４は、第１実施形態と同様の構成を有しており、転動体２８，３１の直径、公転軌道直径および個数において互いに同一に形成されており、第１の転がり軸受１３は外輪回転し、第２の転がり軸受１４は内輪回転する。
その他の構成および作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００３０】
従って、本実施形態のスピンドルモータ４０によれば、第１実施形態と同様、一対の転がり軸受１３，１４は、転動体２８，３１の直径、公転軌道直径、及び個数において互いに同一とし、且つ、第１の転がり軸受１３を外輪回転、第２の転がり軸受１４を内輪回転としたので、一対の転がり軸受１３，１４の振動周波数は転動体公転成分のみ異なり、転がり軸受１３，１４の加工精度を向上することなく、回転体であるハブ部材４２の振れを低減し、磁気ディスク装置等のデータを正確に書き込み・読み取りできる。
【００３１】
また、ハブ部材４２は、第２のフランジ部４４の径方向内方に空間ｓを構成するように段付き形状とした第１および第２のフランジ部４３，４４を備え、この空間ｓに第１の転がり軸受１３を配置し、また、ブラケット４１の中間円筒部４６を薄肉としている。これにより、一対の転がり軸受１３，１４間のスパンを十分に確保することができるので、一対の転がり軸受１３，１４間に収容されるステータ４７のスペースを大きくとることができ、ステータ４７による磁気効率を向上することができる。
【００３２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るスピンドルモータについて図３を参照して説明する。なお、第２実施形態と同等部分については、同一符号を付して、説明を簡略化或いは省略する。
【００３３】
図３に示されるように、本実施形態のスピンドルモータ５０は、ブラケット４１と、ブラケット４１と相対的に回転するハブ部材５１と、これらの間に介在された一対の転がり軸受１３、５２とを備える。
【００３４】
ハブ部材５１は、第２実施形態のハブ部材４２と同様に、段付き形状とした第１のフランジ部４３と第２のフランジ部４４を備え、第２のフランジ部４４の径方向内方に、第１の転がり軸受１３が配置される空間ｓが形成している。一方、第１のフランジ部４３の円孔２２に固着されるシャフト５３は、その先端部に環状の段付き鍔部５４を形成している。なお、段付き鍔部５４の外径は、小径円筒部１８の外径と同一に形成されている。また、ハブ部材５１の第２フランジ部４４の内径は、ブラケット４１の大径円筒部１７の内径と同一に形成されている。
【００３５】
一対の転がり軸受１３，５２のうち、第１の転がり軸受１３は、第２実施形態のものと同様に構成されている。一方、第２の転がり軸受５２は、大径円筒部１７の内周面に内嵌される外輪５５と、シャフト５３の先端部の外周面に外嵌される内輪５６と、外輪５５と内輪５６との間に転動自在に配置された複数の転動体（玉）５７とを有する。なお、一対の転がり軸受１３，５２において、外輪２６，５５および内輪２７，５６は同一寸法を有する。
【００３６】
また、一対の転がり軸受１３，５２は、転動体２８，５７の直径、公転軌道直径および個数において互いに同一に形成されており、第１の転がり軸受１３は外輪回転し、第２の転がり軸受５２は内輪回転する。
その他の構成および作用については、第１実施形態のものと同様である。
【００３７】
従って、本実施形態のスピンドルモータ５０によれば、第１実施形態と同様、一対の転がり軸受１３，５２は、転動体２８，５７の直径、公転軌道直径、及び個数において互いに同一とし、且つ、第１の転がり軸受１３を外輪回転、第２の転がり軸受５２を内輪回転としたので、一対の転がり軸受１３，５２の振動周波数は転動体公転成分のみ異なり、転がり軸受１３，５２の加工精度を向上することなく、回転体であるハブ部材５１の振れを低減し、磁気ディスク装置等のデータを正確に書き込み・読み取りできる。
【００３８】
また、シャフト５３の先端部に環状の段付き鍔部５４を形成して、段付き鍔部５４の外径を小径円筒部１８の外径と同一にするとともに、ハブ部材５１の第２フランジ部４４の内径をブラケット４１の大径円筒部１７の内径と同一としている。これにより、一対の転がり軸受１３，５２の外径寸法、内径寸法が同一となり、一対の転がり軸受１３，５２の各構成部材を共通化することができる。
【００３９】
（実施例）
次に、第１実施形態のスピンドルモータと２列の転がり軸受が内輪回転の従来のスピンドルモータにおける軸受振動周波数について計算例を示す。ここで、一対の転がり軸受における転動体の直径を２ｍｍ、公転軌道直径を９ｍｍ、個数を８ｐｃｓ、接触角を２０°、回転速度を７２００ｍｉｎ−１とした場合の振動周波数を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2006050848.tif 000003
【００４１】
この計算結果からも分かるように、本実施形態における軸受振動周波数は、転動体公転成分（ｆｃ成分）のみ両列で異ならせており、このようなスピンドルモータが使用される磁気ディスク装置における書き込み・読み取りエラーを防止することができる。
【００４２】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスピンドルモータを示す断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るスピンドルモータを示す断面図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るスピンドルモータを示す断面図である。
【図４】従来のスピンドルモータを示す断面図である。
【図５】従来の他のスピンドルモータを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０，４０，５０        スピンドルモータ
１１，４１              ブラケット
１２，４２，５１        ハブ部材
１３，１４，５２        転がり軸受
１５，４５              円筒部
２６，２９，５５        外輪
２７，３０，５６        内輪
２８，３１，５７        転動体（玉）
２３，５３              シャフト
【図１】
2006050848.tif 000004
【図２】
2006050848.tif 000005
【図３】
2006050848.tif 000006
【図４】
2006050848.tif 000007
【図５】
2006050848.tif 000008