DE60108011T2

DE60108011T2 - Spindelmotor

Info

Publication number: DE60108011T2
Application number: DE60108011T
Authority: DE
Inventors: Rikuro Kitasaku-gun Obara; Hiroshi Kitasaku-gun Yoshikawa
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 2000-07-11
Filing date: 2001-07-05
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2021-07-06
Also published as: US20030155826A1; US6563243B2; EP1172919A3; DE60108011D1; EP1172919B1; US6734591B2; JP4460730B2; US20020047394A1; EP1172919A2; JP2002027702A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spindelmotor, vorzugsweise als Drehantriebsvorrichtung für Geräte der Büroautomatisierung, wie etwa Computer und Peripherievorrichtungen für Computer.
Wie 11 zeigt, enthält der für den Antrieb einer oder mehrerer Magnetplatten einer Festplattenlaufwerksvorrichtung oder von Peripherievorrichtungen für Computer verwendete Spindelmotor nach dem Stand der Technik eine Lagereinrichtung 43, die innerhalb eines von einer Basis 41 nach oben verlaufenden zylindrischen Lagerhalters 42 untergebracht ist, eine Welle 44, an der eine Rotornabe 45 befestigt ist. Die Lagereinrichtung 43 enthält ein Paar eines oberen und unteren Kugellagers 46, 47. Diese Lager enthalten an der Welle 44 befestigte innere Ringe 46a, 47a und in eine Buchse 48 eingesetzte äußere Ringe 46b, 47b. Die Buchse 48 ist in den Lagerhalter 42 eingesetzt und an diesem befestigt. Eine geeignete Vorspannung ist an den inneren Ring 47a des unteren Kugellagers 47 von unten angelegt. Der innere Ring 47 ist an der Welle 44 in dem Zustand fest angebracht, dass die Kugeln 49a, 49b unter angemessenem Druck mit dem inneren und dem äußeren Ring in Kontakt gehalten werden.
Bezugszeichen 50 bezeichnet einen Abstandhalter.
Bei zunehmender Temperatur durch den Betrieb des Motors dehnen sich die Bauteile des Motors in unterschiedlichen Dimensionen aus. Im Fall der Kugellager 46, 47 ist die Reihenfolge des Ausmaßes der Ausdehnung in Richtung des Durchmessers:
Der äußere Ring > der innere Ring > Kugeln.
Mit anderen Worten ist der Abstand zwischen dem inneren und dem äußeren Ring, der sich mit dem Ansteigen der Motortemperatur vergrößert, größer als das Ausmaß der Ausdehnung der Kugeln, so dass der durch den inneren und den äußeren Ring auf die Kugeln ausgeübte Druck, d.h. die Vorspannung, reduziert wird. Dies verursacht die Schwankung der natürlichen Frequenz bei der Umdrehung des Motors und in einigen Fällen die Resonanz mit anderen Bauteilen des Gerätes, in welches der Motor eingebaut ist.
Wenn der Spindelmotor nach dem Stand der Technik mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau als eine Antriebseinrichtung für eine Festplattenlaufwerksvorrichtung verwendet wird, wird manchmal das Schreiben oder Auslesen von Daten durch die Vibration der Antriebseinrichtung gestört, die durch die Resonanz mit einem anderen Bauteil, wie z.B. einem Schwingarm oder einem Gehäuse, verursacht wird. Ferner besteht die Möglichkeit, dass durch die Vibration Geräusche erzeugt werden und die Lautstärke der Antriebseinrichtung erhöht wird.
Sofern der Unterschied des Ausmaßes der Ausdehnung des inneren und des äußeren Rings weiter erhöht wird, wird zwischen den Kugeln und dem inneren und dem äußeren Ring ein Spalt gebildet und eine Drehungenauigkeit der Rotornabe und eine Drehungenauigkeit der Oberfläche der Magnetplatte bzw. Magnetplatten wird erzeugt. Dies verschlechtert die Zuverlässigkeit der Festplattenlaufwerksvorrichtung.
Obgleich die Kugeln gewöhnlich aus Stahlmaterial gebildet sind, kann zur Verbesserung ihrer Dauerhaftigkeit auch Keramikmaterial verwendet werden. In diesem Fall wird das vorstehend genannte Problem, das durch das unterschiedliche Ausmaß der Wärmeausdehnung zwischen den Bauteilen verursacht wird, noch schwerwiegender, da das Ausmaß der Wärmeausdehnung von Keramikmaterial noch niedriger ist als das von Stahlmaterial.
Die EP-A-1 136 999 wurde nach dem Anmeldedatum der vorliegenden Erfindung veröffentlicht, hat jedoch ein früheres Prioritätsdatum. Sie ist daher i.S. von Art. 54(3) EPÜ Stand der Technik. Die EP-A-1 136 999 offenbart einen Spindelmotor mit einem Verbundlager. Das Verbundlager hat eine Buchse und zwei Kugelreihen. Die Nabe ist in ihrem zentralen Teil zwischen den beiden Kugelreihen durch einen Vorsprung auf der Nabe des Motors nach innen verformt. In der EP-A-1 136 999 ist die Nabe an der Lagerbuchse befestigt, wohingegen in der vorliegenden Anmeldung die Welle des Motors an der Buchse befestigt ist bzw. mit dieser einstückig ist.
Die US-A-5 341 569 offenbart ein Verbundlager mit einer Buchse und zwei Kugelreihen. 4 und 10 zeigen eine Umfangsnut in der äußeren Oberfläche der Buchse zwischen den beiden Kugelreihen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spindelmotor zu schaffen, bei welchem der innere und der äußere Ring in konstantem Kontakt mit den Kugeln liegen, indem an diese eine geeignete Vorspannung angelegt wird, auch wenn die Bauteile des Motors sich durch ein Ansteigen der Temperatur des Motors ausdehnen. Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, einen Spindelmotor mit einer hohen Drehgenauigkeit zu schaffen, bei dem die Schwankung der Resonanzfrequenz oder die Drehungenauigkeit, die durch die Temperaturschwankung verursacht wird, vermindert sind.
Ein Spindelmotor gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
eine zweireihige Lagereinrichtung, die eine Welle, eine die Welle umgebende Buchse und ein Paar einer oberen und einer unteren Kugelreihe enthält,
einen zylindrischen Lagerhalter, der von einer Basis des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse innerhalb einer vertikalen Bohrung des Halters nach oben verläuft, und
einen Rotornabe, die auf der Welle montiert ist, um die Rotornabe drehbar auf der Basis zu lagern, welcher Spindelmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass
ein Abschnitt mit vermindertem Innendurchmesser mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Buchse, an der inneren Oberfläche der Bohrung des Lagerhalters zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt mit größeren Innendurchmesser gebildet ist, um die Buchse durch den Abschnitt mit vermindertem Innendurchmesser nach innen zu drängen, um sie elastisch zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren Kugelreihe nach innen vorspringt.
Ein Spindelmotor gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
eine zweireihige Lagereinrichtung, die eine Welle, eine die Welle umgebende Buchse und ein Paar einer oberen und einer unteren Kugellagerreihe, die zwischen die Welle und die Buchse gesetzt sind, enthält, wobei jedes Kugellager einen inneren Ring und einen äußeren Ring sowie dazwischen liegende Kugeln hat,
einen zylindrischen Lagerhalter, der von einer Basis des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse der zweireihigen Lagereinrichtung innerhalb einer vertikalen Bohrung des Halters nach oben verläuft, und
eine Rotornabe, die auf der Welle montiert ist, um die Rotornabe auf der Basis drehbar zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abschnitt mit vermindertem Innendurchmesser mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Buchse, an der inneren Oberfläche der Bohrung des Lagerhalters zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt mit größerem Innendurchmesser gebildet ist, um die Buchse durch den Abschnitt mit vermindertem Innendurchmesser nach innen zu drängen, um sie elastisch zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt zu bilden, der von der Buchse zwischen dem oberen und dem unteren äußeren Ring nach innen vorspringt.
Ein Spindelmotor gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
eine abgestufte Welle, die einen Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt mit vermindertem Durchmesser hat,
eine Verbundlagereinrichtung, enthaltend
eine die abgestufte Welle umgebende Buchse, die ein Paar einer oberen und einer unteren äußeren Laufrille bzw. von Nuten enthält,
Kugeln der oberen Reihe, die zwischen einer inneren Laufrille bzw. einer Nut, die direkt am äußeren Umfang des Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle gebildet ist, und der oberen Reihe der äußeren Laufrille angeordnet sind, die an der inneren Umfangsfläche der Buchse gebildet ist, und
Kugeln der unteren Reihe, die zwischen einer inneren Laufrille, die an einem inneren Ring gebildet ist, der um den Wellenabschnitt mit vermindertem Durchmesser der abgestuften Welle gelegt ist, und der unteren Reihe der äußeren Laufrille angeordnet sind, die an der inneren Umfangsfläche der Buchse gebildet ist,
einen zylindrischen Lagerhalter, der von einer Basis des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse der Verbundlagereinrichtung innerhalb einer vertikalen Bohrung des Halters nach oben verläuft, und
eine Rotornabe, die auf dem Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser der Welle montiert ist, um die Rotornabe drehbar auf der Basis zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass
ein Abschnitt mit vermindertem Innendurchmesser mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Buchse, an der inneren Oberfläche der Bohrung des Lagerhalters zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt mit größerem Innendurchmesser gebildet ist, um die Buchse durch den Abschnitt mit vermindertem Innendurchmesser nach innen zu drängen, um sie elastisch zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren äußeren Laufrille nach innen vorspringt.
Ein Spindelmotor gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
einen Spindelmotor, enthaltend
eine zweireihige Lagereinrichtung, die eine Welle, eine die Welle umgebende Buchse und ein Paar einer oberen und einer unteren Kugelreihe enthält,
einen zylindrischen Lagerhalter, der von einer Basis des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse innerhalb einer vertikalen Bohrung des Halters nach oben verläuft, und
eine auf der Welle montierte Rotornabe zum drehbaren Lagern der Rotornabe auf der Basis, welcher Spindelmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass
an der Buchse eine äußere Umfangsnut gebildet ist, und
ein Quetschring vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser der äußeren Umfangsnut, wobei
der Quetschring über die äußere Umfangsnut gesetzt ist, um die Buchse elastisch nach innen zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren Kugelreihe nach innen vorspringt.
Ein Spindelmotor gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
einen Spindelmotor, enthaltend
eine zweireihige Lagereinrichtung, die eine Welle, eine die Welle umgebende Buchse und ein Paar einer oberen und einer unteren Reihe von Kugellagern enthält, die zwischen die Welle und die Buchse gesetzt sind, wobei jedes Kugellager einen inneren Ring und einen äußeren Ring und dazwischen gelegte Kugeln hat,
einen zylindrischen Lagerhalter, der von einer Basis des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse der zweireihigen Lagereinrichtung innerhalb einer vertikalen Bohrung des Halters nach oben verläuft, und
eine auf der Welle montierte Motornabe zum drehbaren Lagern der Rotornabe auf der Basis, welcher Spindelmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass
an der Buchse eine äußere Umfangsnut gebildet ist, und
ein Quetschring vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser der äußeren Umfangsnut, wobei
der Quetschring über die äußere Umfangsnut gesetzt ist, um die Buchse elastisch nach innen zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren Reihe von äußeren Ringen nach innen vorspringt.
Ein Spindelmotor gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
einen Spindelmotor, enthaltend
eine abgestufte Welle, die einen Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt mit vermindertem Durchmesser hat,
eine Verbundlagereinrichtung, enthaltend
eine die abgestufte Welle umgebende Buchse, die ein Paar einer oberen und einer unteren parallelen äußeren Laufrille bzw. von Nuten enthält,
Kugeln der oberen Reihe, die zwischen einer inneren Laufrille bzw. einer Nut, die direkt am äußeren Umfang des Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle gebildet ist, und der oberen Reihe der äußeren Laufrille angeordnet sind, die an der inneren Umfangsfläche der Buchse gebildet ist, und
Kugeln der unteren Reihe, die zwischen einer inneren Laufrille, die an einem inneren Ring gebildet ist, der um den Wellenabschnitt mit vermindertem Durchmesser der abgestuften Welle gelegt ist, und der unteren Reihe der äußeren Laufrille angeordnet sind, die an der inneren Umfangsfläche der Buchse gebildet ist,
einen zylindrischen Lagerhalter, der von einer Basis des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse der Verbundlagereinrichtung innerhalb einer vertikalen Bohrung des Halters nach oben verläuft, und
eine Rotornabe, die auf dem Wellenabschnitt mit größerem Durchmesser der Welle montiert ist, um die Rotornabe drehbar auf der Basis zu lagern, welcher Spindelmotor dadurch gekennzeichnet ist, dass
an der Buchse eine äußere Umfangsnut gebildet ist, und
ein Quetschring vorgesehen ist, dessen Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser der äußeren Umfangsnut, wobei
der Quetschring über die äußere Umfangsnut gesetzt ist, um die Buchse elastisch nach innen zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren Reihe von äußeren Laufrillen nach innen vorspringt.
Ein Spindelmotor gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
den vorstehend beschriebenen Spindelmotor gemäß dem zweiten oder fünften Aspekt, bei welchem Umfangsnuten, die im wesentlichen die gleiche Breite haben wie diejenige der äußeren Laufrille, die an der inneren Umfangsfläche des äußeren Rings gebildet ist, an Positionen der inneren Umfangsfläche der Buchse gebildet sind, an welchen der äußere Ring jedes Kugellagers anliegt.
Ein Spindelmotor gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
einen beliebigen Spindelmotor gemäß dem ersten bis sechsten Aspekt, bei welchem die Welle und die Rotornabe einstückig miteinander durch Verwendung des gleichen Materials gebildet sind.
Ein Spindelmotor gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
einen beliebigen Spindelmotor gemäß dem ersten bis sechsten Aspekt, bei welchem die Kugeln aus Keramikmaterial gebildet sind.
Ein Spindelmotor gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
den dritten oder sechsten Spindelmotor, bei welchem der Außendurchmesser des inneren Rings identisch mit dem des Wellenabschnitts mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle ist und die Kugeln der oberen Reihe in ihrem Durchmesser mit dem der Kugeln der unteren Reihe identisch sind.
Die Erfindung wird nachfolgend im Rahmen eines Beispiels unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine vergrößerte vertikale Schnittansicht, die den wesentlichen Teil aus 1 zeigt;
3 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist eine Draufsicht, die den Quetschring zeigt;
8 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor gemäß der achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Spindelmotor nach dem Stand der Technik zeigt.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines Spindelmotors gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezug auf das in den beigefügten Zeichnungen dargestellte konkrete Beispiel beschrieben.
Erste Ausführungsform
Ein Spindelmotor gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält einen zylindrischen Lagerhalter 2, der einstückig mit einer Basis 1 gebildet ist, eine in einer durch den Halter verlaufenden Bohrung 3 untergebrachte Lagereinrichtung 4 und eine Welle 5, die an ihrem oberen Ende in eine zentrale Öffnung 6a eines Drehelements oder einer Rotornabe 6 eingesetzt und mit dieser verbunden und durch die Lagereinrichtung 4 drehbar gelagert ist, wie in 1 und 2 gezeigt.
Die Rotornabe 6 hat einen Magnet oder Magnete 7, die an der inneren Umfangsfläche eines Flansches 6b angebracht sind, der von dem äußeren Umfang der Nabe nach unten hängt. Die innere Umfangsfläche des Magneten oder der Magnete 7 liegt gegenüber der äußeren Umfangsfläche eines Stators 8, der an dem äußeren Umfang des Lagerhalters 2 montiert ist.
Die Lagereinrichtung 4 enthält eine Buchse 9 und ein oberes und ein unteres Kugellager 10, 11, die in der Buchse untergebracht sind. Diese Lager enthalten innere Ringe 10a, 11a, äußere Ringe 10b, 11b, Kugeln 12a, 12b aus Keramikmaterial, die zwischen die inneren und die äußeren Ringe gelegt sind, und einen zwischen die Lager gesetzten Abstandhalter 13.
Die Buchse kann aus rostfreiem Stahl, Keramikmaterial oder Kunstharz hergestellt sein. Die inneren und die äußeren Ringe der Kugellager können beispielsweise aus Lagerstahl hergestellt sein.
Die zentrale Bohrung 3 des Lagerhalters 2 hat an ihrer inneren Umfangsfläche einen oberen und einen unteren Abschnitt mit größerem Innendurchmesser und einen dickeren Abschnitt 3a mit vermindertem Innendurchmesser, der zwischen den Abschnitten mit größerem Innendurchmesser angeordnet ist. Der Innendurchmesser des oberen und des unteren Abschnitts mit größerem Innendurchmesser ist im wesentlichen identisch mit dem oder größer als der Außendurchmesser der Buchse 9.
Der Innendurchmesser des Abschnitts 3a mit vermindertem Innendurchmesser ist kleiner als der Außendurchmesser der Buchse 9, sodass die Buchse so eingerichtet ist, dass sie von dem Abschnitt 3a mit vermindertem Innendurchmesser nach innen zu ihrer Mitte hin gedrängt wird, um einen eingeschnürten Abschnitt 9a zu bilden, der an der Innenfläche der Buchse zwischen dem äußeren Ring 10b, 11b des oberen und des unteren Kugellagers 10, 11 durch die elastische Verformung der Buchse nach innen vorspringt.
Die Buchse 9 hat vor ihrer Montage in dem Lagerhalter 2 die Form einer geraden zylindrischen Konfiguration. Nach dem Einbau in den Lagerhalter 2 wird die Buchse durch den Abschnitt 3a mit vermindertem Innendurchmesser des Lagerhalters 2 verformt und bildet so den eingeschnürten Abschnitt 9a, und der obere und der untere Abschnitt der Buchse 9 von dem eingeschnürten Abschnitt 9a werden zu dem eingeschnürten Abschnitt 9a hin gezogen, sodass die axiale Länge der Buchse 9 verkürzt wird.
Der Innendurchmesser des Abschnitts 3a mit vermindertem Innendurchmesser wird auf der Basis des für die Buchse 9 und den Lagerhalter 2 verwendeten Materials und der Schwellenwerte der erhöhten Temperatur bestimmt. Das Ausmaß der Verformung des eingeschnürten Abschnitt 9a sollte innerhalb der Elastizitätsgrenzen des Buchsenmaterials liegen.
Zwei parallele obere und untere innere Umfangsnuten 14, 14 sind an der inneren Umfangsfläche der Buchse 9 an Positionen gebildet, an welchen sie an den äußeren Ringen 10b, 11b des oberen und des unteren Kugellagers anliegen. Die Breite jeder Nut ist im wesentlichen identisch mit derjenigen der äußeren Laufrille jedes Rings.
In 1 ist einen Eisenkern des Stators mit Bezugszeichen 8a bezeichnet, Erregerspulen des Stators sind mit Bezugszeichen 8b bezeichnet, eine Dichtplatte des Kugellagers ist mit dem Bezugszeichen 15 bezeichnet, ein Kugelkäfig ist mit Bezugszeichen 16 bezeichnet und eine Abdeckung der Lagereinrichtung ist mit Bezugszeichen 17 bezeichnet.
In dem Spindelmotor mit der vorstehend beschriebenen Anordnung wird der innere Ring 10a des Kugellagers 10 vor dem Einbau der Lagereinrichtung 4 innerhalb der Bohrung 3 des Lagerhalters 2 auf der Welle befestigt, wohingegen der innere Ring 11a des unteren Kugellagers 11 nicht befestigt ist, sodass er darauf verschiebbar ist. Nach dem Einführen der Buchse 9 in den Lagerhalter oder nach dem Anbringen der Rotornabe 6 auf der Welle 5 wird auf den inneren Ring 11a des unteren Kugellagers 11 eine geeignete Vorspannung ausgeübt und der innere Ring 11a wird auf der Welle durch ein beliebiges Mittel, wie z.B. Klebstoff, befestigt.
Der Betrieb des wie vorstehend dargelegt aufgebauten Spindelmotors wird nachfolgend beschrieben.
Die Rotornabe 6 ist so ausgelegt, dass sie um die Welle drehend angetrieben wird, während die elektrische Leistung zum Antrieb des Motors den Spulen 8b des Stators 8 zugeführt wird.
Wenn die Temperatur des Spindelmotors durch seinen Betrieb ansteigt, dehnen sich alle Bauteile des Motors thermisch aus. Im Fall der Kugellager 10, 11 ist das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers der äußeren Ringe 10b, 11b größer als dasjenige des Außendurchmesser der inneren Ringe 10a, 11a, sodass die Distanz D₁ zwischen der äußeren Laufrille des äußeren Rings und der inneren Laufrille des inneren Rings des Kugellagers vergrößert wird. Das Ausmaß der Ausdehnung des Durchmessers R der Kugeln 12a, 12b ist kleiner als dasjenige der inneren und der äußeren Ringe. Somit wird die auf die Kugeln durch den Kontakt mit den Ringen wirkende Last vermindert. Mit anderen Worten werden die Bauteile verformt, sodass die Vorspannung vermindert wird.
Andererseits ist das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers D₂ der Bohrung 3 des Lagerhalters 2 größer als dasjenige des Außendurchmessers der Buchse 9. Dies bedeutet, dass mit ansteigender Temperatur die von dem Abschnitt 3a mit vermindertem Innendurchmesser des Lagerhalters 2 gegen die Buchse 9 ausgeübte Druckbeaufschlagung reduziert wird und die Buchse dazu neigt, ihre ursprüngliche gerade zylindrische Form durch die elastische Eigenschaft der Buchse wieder anzunehmen. Auf diese Weise wird auch das Ausmaß reduziert, in dem der eingeschnürte Abschnitt 9a vorspringt. Ferner streckt sich die Buchse axial auf Grund ihrer Ausdehnung in axialer Richtung. Folglich wird der axiale Abstand zwischen den äußeren Ringen 10b, 11b des Kugellagers vergrößert und der Abstand D₃ zwischen den äußeren Laufrillen der äußeren Ringe wird ebenfalls vergrößert. Mit anderen Worten verformt sich die Buchse und erhöht so die von den inneren und den äußeren Ringen an die Kugeln angelegte Last oder erhöht so die auf die Kugeln ausgeübte Vorspannung.
Die Verminderung der auf die Kugeln ausgeübten Vorspannung auf Grund der Erhöhung des Abstands D₁ zwischen der äußeren Laufrille des äußeren Rings und der inneren Laufrille des inneren Rings jedes Kugellagers wird durch die Erhöhung des Vorspannungsdrucks aufgehoben, der auf die Kugeln auf Grund der Erhöhung des axialen Abstands D₃ zwischen den äußeren Laufrillen der oberen und der unteren Ringe ausgeübt wird. Auf diese Weise kann die an die Kugeln angelegte Vorspannung auf einem angemessenen Wert gehalten werden.
Die äußeren Laufrillen der äußeren Ringe 10b, 11b sind gegen den Überdruck geschützt, der dann erzeugt wird, wenn die Buchse durch den Abschnitt 3a mit vermindertem Innendurchmesser des Lagerhalters 2 nach innen gedrängt wird, da die inneren Umfangsnuten 14, 14 an der inneren Umfangsfläche der Buchse 9 gebildet sind. Ferner kann die Verformung der äußeren Laufrillen auf Grund der Druckbeaufschlagung auch unterbunden werden.
Folglich sind die äußeren Ringe so ausgelegt, dass sie unter einer angemessenen Vorspannungskraft in konstantem Kontakt mit den Kugeln stehen, und eine nicht wiederholbare Laufungenauigkeit (NRRO) auf Grund der Verformung der äußeren Laufrillen der äußeren Ringe kann ebenfalls vermieden werden.
Zweite Ausführungsform
In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sind die Welle 5 und die Rotornabe 6 als separate Elemente gebildet. Diese Elemente können jedoch einstückig miteinander unter Verwendung des gleichen Materials gebildet werden, wie in der in 3 dargestellten zweiten Ausführungsform gezeigt.
In dem Spindelmotor gemäß der zweiten Ausführungsform können die folgenden Vorteile erreicht werden: die Anzahl der Teile ist reduziert, der Betriebsablauf für die Montage der Welle 5 an der Rotornabe 6 ist beim Zusammenbau des Spindelmotors nicht erforderlich, der während des Montagevorgangs der Welle an der Rotornabe durchzuführende Einstellungsprozess, wie etwa der Zentrierungsprozess der Welle, ist nicht länger erforderlich und die Anzahl der für den Zusammenbau des Motors erforderlichen Schritte kann ebenfalls vermindert werden.
Die übrigen Strukturen oder Anordnungen des Spindelmotors gemäß der zweiten Ausführungsform sind mit denjenigen der ersten Ausführungsform identisch.
Dritte Ausführungsform
Der in 4 gezeigte Spindelmotor gemäß der dritten Ausführungsform enthält eine Verbundlagereinrichtung 20 mit einem einzigartigen Aufbau, die als Lagereinrichtung zum Lagern der Rotornabe 6 dient. Der genaue Aufbau der Verbundlagereinrichtung wird nachfolgend beschrieben.
In 4 bezeichnet Bezugszeichen 21 eine abgestufte Welle, die einen Wellenabschnitt 21a mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt 21b mit vermindertem Durchmesser hat, und Bezugszeichen 22 bezeichnet eine die abgestufte Welle umgebende Buchse.
Die abgestufte Welle hat an ihrem äußerem Umfang des Wellenabschnitts 21a mit größerem Durchmesser eine direkt auf ihr gebildete innere Laufrille 23a für die obere Reihe. Ein innerer Ring 24, der eine innere Laufrille 23b für die untere Reihe aufweist, ist auf den Wellenabschnitt 21b mit vermindertem Durchmesser aufgesetzt.
Die Buchse 22 hat an ihrer inneren Umfangsfläche ein Paar direkt auf ihr gebildete parallele äußere Laufrillen 25a, 25b. Die Buchse 22 ist so ausgelegt, dass sie als gemeinsamer äußerer Ring für die obere und die untere äußere Reihe dient. Die Kugeln 26a für die obere Reihe sind zwischen der äußeren Laufrille 25a der oberen Reihe und der inneren Laufrille 23a eingesetzt, die an dem Wellenabschnitt 21a mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle gebildet ist. Die Kugeln 26b für die untere Reihe sind zwischen der äußeren Laufrille 25b der unteren Reihe der Buchse 22 und der um den inneren Ring gebildeten inneren Laufrille 23b eingesetzt.
Die Kugeln 26a, 26b sind beispielsweise aus Keramikmaterial geformt und haben den gleichen Durchmesser. Der Grund dafür liegt darin, dass der Außendurchmesser des inneren Rings 24 im wesentlichen gleich gewählt ist wie der des Wellenabschnitts 21a mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle.
In dem Spindelmotor gemäß dieser dritten Ausführungsform wird die Verbundlagereinrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau verwendet, sodass die ursprüngliche Lagereinrichtung, die die inneren und die äußeren Ringe enthält, nicht mehr erforderlich ist. Ferner dient die Buchse als gemeinsamer äußerer Ring für die obere und die untere Lagereinrichtung, sodass die Anzahl der Teile vermindert werden kann, die radiale Abmessung des Wellenabschnitts 21a um die Summe der Dicke des inneren und des äußeren Rings des Kugellagers vergrößert werden kann und der Durchmesser des Wellenabschnitts 21b mit verringertem Durchmesser ebenfalls um die Dicke des äußeren Rings des Kugellagers vergrößert werden kann, das heißt eine allgemein dicke Welle erzielt werden kann.
Entsprechend kann eine Welle 21 mit höherer Steifigkeit, guter Dauerhaftigkeit, einer Einschränkung hinsichtlich ihrer Laufungenauigkeit und einer guten Laufruhe erhalten werden.
Die übrigen Strukturen oder Anordnungen des Spindelmotors gemäß der dritten Ausführungsform sind mit denjenigen der ersten Ausführungsform identisch.
Beim Zusammenbau des Spindelmotors gemäß dieser dritten Ausführungsform wird der innere Ring 24 verschiebbar auf den Wellenabschnitt 21b mit verringertem Durchmesser der abgestuften Welle 21 aufgeschoben, um eine Anordnung aus Welle und innerem Ring zu bilden, die Buchse 22 und die Kugeln 26a, 26b der beiden Reihen werden mit der Anordnung aus Welle und innerem Ring montiert, und die Buchse 22 wird in die Durchgangsbohrung 3 des Lagerhalters 2 eingeführt, sodass der Abschnitt 3a der Bohrung an dem axial im wesentlichen zentralen Abschnitt des äußeren Umfangs der Buchse 22 anliegt.
Die Buchse wird in ihrem im wesentlichen zentralen Abschnitt zwischen der oberen und der unteren äußeren Laufrille 25a, 25b durch den Abschnitt 3a mit verringertem Innendurchmesser der Lagerbuchse 2 verformt, so dass sie einen nach innen zur Mitte der Buchse hin vorspringenden eingeschnürten Abschnitt 22a bildet. Der von dem eingeschnürten Abschnitt 22a obere und der untere Abschnitt der Buchse 9 werden zu dem eingeschnürten Abschnitt hin gezogen, sodass die axiale Länge derselben verkürzt wird und der Abstand zwischen den äußeren Laufrillen 25a, 25b vermindert wird.
Der Innendurchmesser des Abschnitts 3a mit vermindertem Innendurchmesser wird auf der Basis des für die Buchse 22 und den Lagerhalter 2 verwendeten Materials und der Schwellenwerte der erhöhten Temperatur bestimmt. Das Ausmaß der Verformung des eingeschnürten Abschnitts 22a sollte innerhalb der Elastizitätsgrenzen des Buchsenmaterials liegen.
Anschließend wird der innere Ring 24 an dem Wellenabschnitt 21b mit vermindertem Durchmesser durch ein beliebiges Mittel, wie zum Beispiel Klebstoff, befestigt, wobei an den inneren Ring 24 eine geeignete Vorspannung von der unteren Stirnfläche desselben her angelegt wird.
Auch bei dem Spindelmotor gemäß dieser dritten Ausführungsform führt der Temperaturanstieg durch den Betrieb des Spindelmotors zur Ausdehnung jedes Bauteils des Motors. Das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers der Buchse 22 ist größer als das des Außendurchmessers der abgestuften Welle 21 und des inneren Rings 24, und das Ausmaß der Ausdehnung der Kugeln 26a, 26b ist kleiner als das der abgestuften Welle und des inneren Rings, sodass der Abstand zwischen der abgestuften Welle sowie dem inneren Ring und der Buchse vergrößert wird und die an die Kugeln angelegte Vorspannung reduziert wird.
Andererseits ist das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers der Bohrung 3 des Lagerhalters 2 größer als das des Außendurchmessers der Buchse 22. Dies bedeutet, dass die von dem Abschnitt 3a mit verringertem Innendurchmesser auf die Buchse 22 ausgeübte Druckbeaufschlagung vermindert wird und die Buchse auf Grund der elastischen Eigenschaften der Buchse dazu neigt, ihre ursprüngliche gerade zylindrische Form wieder anzunehmen. Ferner dehnt sich die Buchse auf Grund ihrer Ausdehnung in axialer Richtung axial aus. Als Folge wird der axiale Abstand zwischen den äußeren Laufrillen 25a, 25b der Buchse 22 vergrößert und der Abstand zwischen den entgegengesetzten inneren und äußeren Laufrillen jeder Reihe wird vermindert. Mit anderen Worten wird die Buchse verformt, sodass die auf die Kugeln ausgeübte Vorspannung erhöht wird.
Die Verminderung der auf die Kugeln ausgeübten Vorspannung aufgrund der Vergrößerung des Abstands zwischen der abgestuften Welle oder dem inneren Ring und der Buchse wird durch die Erhöhung der auf die Kugeln ausgeübten Vorspannung aufgehoben, die durch die Vergrößerung des Abstands zwischen den äußeren Laufrillen bedingt ist. In diesem Zusammenhang kann die an die Kugeln angelegte Vorspannung auch beim Ansteigen der Temperatur auf einem angemessenen Wert gehalten werden.
Vierte Ausführungsform
Obgleich im Fall des Spindelmotors gemäß der dritten Ausführungsform die abgestufte Welle 21 und die Rotornabe 6 als separate Elemente gebildet sind, können diese Elemente auch einstückig miteinander aus dem gleichen Material gebildet werden, wie dies in der in 5 gezeigten vierten Ausführungsform der Fall ist.
In dieser vierten Ausführungsform kann die Anzahl der Teile wie bei der zweiten Ausführungsform reduziert werden. Ferner ist es nicht erforderlich, die Welle 21 während des Montagevorgangs des Spindelmotors an der Rotornabe 6 zu montieren. Dabei ist auch der Einstellvorgang, der beim Zusammenbau der Welle mit der Rotornabe erforderlich ist, wie zum Beispiel der Zentrierungsprozess der Welle, nicht länger erforderlich, und die Anzahl der für den Zusammenbau des Motors erforderlichen Schritte kann auch vermindert werden.
Der übrige Aufbau bzw. die Anordnung des Spindelmotors gemäß dieser vierten Ausführungsform ist mit der dritten Ausführungsform identisch.
In dem Spindelmotor gemäß der vorstehend beschriebenen ersten bis vierten Ausführungsform sind die Buchsen 9, 22 so ausgelegt, dass sie von dem Abschnitt 3a mit vermindertem Innendurchmesser, der innerhalb der Bohrung des Lagerhalters 2 gebildet ist, nach innen gedrückt werden. Ein anderer Aufbau des Spindelmotors, der einen Lagerhalter 2 ohne Abschnitt mit vermindertem Innendurchmesser der Bohrung enthält und eine gerade Bohrung ohne Abstufungen und einen direkt an die Buchse zur Verformung der Buchse angelegten Quetschring 27 enthält, kann vorgesehen werden. Der Quetschring 27 wird nachfolgend beschrieben. Die konkreten Beispiele dieser Anordnung werden nachfolgend in der folgenden fünften bis achten Ausführungsform beschrieben.
Fünfte Ausführungsform
In dem in 6 gezeigten Spindelmotor gemäß der fünften Ausführungsform hat eine Buchse 28 eine an ihrer äußeren Umfangsfläche gebildete äußere Umfangsnut 29. Ein beispielsweise aus Keramikmaterial hergestellter Quetschring 27 ist so ausgelegt, dass er in einem Presssitz innerhalb der äußeren Umfangsnut 29 sitzt.
Die äußere Umfangsnut 29 ist um den axial im wesentlichen zentralen Abschnitt zwischen dem oberen und dem unteren Ring 10b, 11b gebildet, die in die Buchse eingesetzt sind. Die Tiefe der Nut ist so eingestellt, dass der Außendurchmesser des Quetschrings 27 kleiner als der der Buchse ist.
Der Presssitz des Quetschrings 27 innerhalb der äußeren Umfangsnut 29 der Buchse kann dadurch bewirkt werden, dass der Innendurchmesser des Quetschrings kleiner als der Außendurchmesser der äußeren Umfangsnut der Buchse ausgeführt wird. Der Montagevorgang kann durch Verwendung eines C-Rings, der wie in 7 gezeigt eine Öffnung 27a aufweist, als Quetschring erleichtert werden.
Die Buchse 28 zeigt eine gerade zylindrische Konfiguration, bevor der Quetschring 27 im Presssitz angebracht wird. Demgegenüber wird dann, nachdem der Quetschring in die Nut eingesetzt ist, ein nach innen vorspringender eingeschnürter Abschnitt 30 an der inneren Oberfläche der Buchse zwischen den äußeren Ringen 10b, 11b der Kugellager gebildet und der obere und der untere Abschnitt der Buchse werden zu dem eingeschnürten Abschnitt 30 hin gezogen und somit die axiale Länge der Buchse 28 reduziert.
Der Innendurchmesser des Quetschrings 27 wird auf der Basis des für die Buchse 28 und den Lagerhalter 2 verwendeten Materials und der Schwellenwerte der erhöhten Temperatur bestimmt. Das Ausmaß der Verformung des eingeschnürten Abschnitts 30 sollte innerhalb der Elastizitätsgrenze des Buchsenmaterials liegen.
Die übrigen Anordnungen des Spindelmotors gemäß dieser Ausführungsform sind gleich wie bei der ersten Ausführungsform.
Bei erhöhter Temperatur auf Grund des Betriebs des Spindelmotors dehnen sich alle Bauteile des Motors thermisch aus. Im Fall der Kugellager 10, 11 ist das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers der äußeren Ringe 10b, 11b größer als das des Außendurchmessers der inneren Ringe 10a, 11a, sodass der Abstand zwischen den Laufrillen der inneren und der äußeren Ringe jedes Kugellagers vergrößert wird. Das Ausmaß der Ausdehnung des Durchmessers R der Kugeln 12a, 12b ist kleiner als das der inneren und der äußeren Ringe. Somit wird die durch den Kontakt mit den Ringen auf die Kugeln wirkende Last vermindert. Mit anderen Worten werden die Bauteile verformt, sodass die Vorspannung reduziert wird.
Andererseits wird das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers der Bohrung des Quetschrings 27 ebenfalls mit dem Ansteigen der Temperatur erhöht. Das bedeutet, dass mit ansteigender Temperatur die von dem Quetschring 27 auf die Buchse 28 ausgeübte Druckbeaufschlagung vermindert wird und die Buchse dazu neigt, aufgrund der elastischen Eigenschaften der Buchse ihre ursprüngliche gerade zylindrische Form wieder anzunehmen. Somit wird das Ausmaß des Vorspringens des eingeschnürten Abschnitts 30 vermindert. Ferner dehnt sich die Buchse durch ihre Ausdehnung in axialer Richtung axial aus. Folglich wird der axiale Abstand zwischen den äußeren Ringen 10b, 11b des Kugellagers vergrößert, so dass der Abstand zwischen den äußeren Laufrillen der äußeren Ringe vergrößert wird. Mit anderen Worten wird die Buchse verformt, sodass sich die auf die Kugeln durch die inneren und die äußeren Ringe ausgeübte Last erhöht oder sich die auf die Kugeln ausgeübte Vorspannung erhöht.
Folglich wird die Verminderung der auf die Kugeln ausgeübten Vorspannung aufgrund der Vergrößerung des Abstands zwischen den Laufrillen der inneren und der äußeren Ringe durch die Erhöhung der auf die Kugeln ausgeübten Vorspannung, die durch die Vergrößerung des Abstands zwischen den äußeren Laufrillen des oberen und des unteren äußeren Rings bedingt ist, aufgehoben. Somit wird eine geeignete, an die Kugeln angelegte Vorspannung aufrechterhalten, auch wenn die Temperatur der Bauteile zunimmt.
Sechste Ausführungsform
Obgleich im Fall des Spindelmotors gemäß der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform die Welle 5 und die Rotornabe 6 als separate Elemente gebildet sind, können diese Elemente einstückig miteinander unter Verwendung des gleichen Materials wie in der in 8 gezeigten sechsten Ausführungsform gebildet werden.
In dieser sechsten Ausführungsform kann die Anzahl der Teile in der gleichen Weise wie in der zweiten Ausführungsform reduziert werden. Ferner ist es nicht erforderlich, bei der Montage des Spindelmotors die Welle 5 mit der Rotornabe 6 zusammenzubauen. Dabei ist auch der Einstellvorgang, der beim Zusammenbau der Welle mit der Rotornabe erforderlich ist, wie zum Beispiel der Zentrierungsprozess der Welle, nicht länger erforderlich, und die Anzahl der für den Zusammenbau des Motors erforderlichen Schritte kann auch vermindert werden.
Die übrigen Strukturen oder Anordnungen des Spindelmotors gemäß dieser sechsten Ausführungsform sind identisch mit denjenigen der fünften Ausführungsform.
Siebte Ausführungsform
Der in 9 gezeigte Spindelmotor gemäß der siebten Ausführungsform enthält eine Verbundlagereinrichtung 20 mit einem einzigartigen Aufbau, die als die Lagereinrichtung zum Lagern der Rotornabe 6 in der gleichen Weise wie in der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform dient.
Die Verbundlagereinrichtung 20 schließt eine abgestufte Welle 21, die einen Wellenabschnitt 21a mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt 21b mit vermindertem Durchmesser hat, und eine Buchse 31 ein, die die abgestufte Welle umgibt. Der Wellenabschnitt 21a mit größerem Durchmesser hat eine direkt um seinen Umfang gebildete innere Laufrille 23a für die obere Reihe. Ein innerer Ring 24 mit einer inneren Laufrille 23b für die untere Reihe ist auf den Wellenabschnitt 21b mit verringertem Durchmesser aufgesetzt und daran befestigt.
Die Buchse 31 hat ein Paar parallele äußere Laufrillen 25a, 25b, die direkt auf ihrer Umfangfläche gebildet sind, so dass die Buchse 22 als gemeinsamer äußerer Ring für das obere und das untere Lager dient. Die Kugeln 26a sind zwischen die äußere Laufrille 25a der oberen Reihe und die innere Laufrille 23a des Wellenabschnitts 21a mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle eingesetzt und die Kugeln 26b sind zwischen die äußere Laufrille 25b der unteren Reihe der Buchse 31 und die innere Laufrille 23b des inneren Rings eingesetzt.
Die Kugeln 26a, 26b sind beispielsweise aus Keramikmaterial gebildet und haben den gleichen Durchmesser. Der Grund dafür liegt darin, dass der Außendurchmesser des inneren Rings 24 gleich dem des Wellenabschnitts 21a mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle ist.
Die Buchse 31 hat eine äußere Umfangsnut 32, die in der gleichen Weise wie bei der Buchse 28 der vorstehend beschriebenen fünften Ausführungsform in ihrer äußeren Umfangsfläche gebildet ist. Ein beispielsweise aus Keramikmaterial gebildeter Quetschring 27 ist so ausgelegt, dass er im Presssitz in der äußeren Umfangsnut 32 sitzt.
Die äußere Umfangsnut 32 ist an der Buchse etwa im zentralen axialen Abschnitt zwischen den äußeren Laufrillen 25a, 25b gebildet. Die Tiefe der äußeren Umfangsnut ist so eingestellt, dass der äußere Umfang des Quetschrings 27 kleiner als der Außendurchmesser der Buchse ist.
Die Buchse 31 hat wie bei der fünften Ausführungsform eine gerade zylindrische Konfiguration, bevor der Quetschring 27 aufgepresst wird. Nachdem jedoch der Quetschring im Presssitz in die Nut eingesetzt ist, wird ein nach innen vorspringender eingeschnürter Abschnitt 33 an der inneren Oberfläche der Buchse zwischen den äußeren Laufrillen 25a, 25b gebildet und der obere und der untere Abschnitt der Buchse 31 werden zu dem eingeschnürten Abschnitt 33 hin gezogen und somit die axiale Länge der Buchse 31 reduziert.
Der Innendurchmesser des Quetschrings 27 wird auf der Basis des für die Buchse 31 und den Lagerhalter 2 verwendeten Materials und der Schwellenwerte der erhöhten Temperatur bei der Benutzung bestimmt. Das Ausmaß der Verformung des an der Buchse 31 gebildeten eingeschnürten Abschnitts 33 sollte innerhalb der Elastizitätsgrenzwerte des Buchsenmaterials liegen.
Auch in dem Spindelmotor gemäß der siebten Ausführungsform wird die Verbundlagereinrichtung mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wie in der dritten Ausführungsform verwendet, sodass die übliche Lagereinrichtung, die die inneren und die äußeren Ringe enthält, nicht länger erforderlich ist. Ferner dient die Buchse 31 als ein gemeinsamer äußerer Ring sowohl für die obere als auch die untere Lagereinrichtung, sodass die Anzahl der Teile reduziert werden kann, die radiale Abmessung des Wellenabschnitts 21a mit größerem Durchmesser um die Summe der Dicke des inneren und des äußeren Rings des Kugellagers vergrößert werden kann und der Durchmesser des Wellenabschnitts 21b mit vermindertem Durchmesser ebenfalls um die Dicke des äußeren Rings des Kugellagers vergrößert werden kann, das heißt eine allgemein dicke Welle erzielt werden kann.
Demgemäß kann eine abgestufte Welle mit höherer Steifigkeit, guter Dauerhaftigkeit, eingeschränkter Laufungenauigkeit und guter Laufruhe erhalten werden.
Die übrigen Strukturen oder Anordnungen des Spindelmotors gemäß der siebten Ausführungsform sind identisch mit der fünften Ausführungsform.
Auch bei dem Spindelmotor gemäß dieser siebten Ausführungsform dehnt sich jedes Bauteil des Motors bei ansteigender Temperatur des Spindelmotors durch seinen Betrieb aus. Das Ausmaß der Ausdehnung des Innendurchmessers der Buchse 31 ist größer als das des Außendurchmessers der abgestuften Welle 21 und des inneren Rings 24, und das Ausmaß der Ausdehnung der Kugeln 26a, 26b ist kleiner als das der abgestuften Welle und des inneren Rings, sodass die auf die Kugeln ausgeübte Vorspannung vermindert wird und der Abstand zwischen der abgestuften Welle sowie dem inneren Ring und der Buchse vergrößert wird.
Andererseits wird beim Ansteigen der Temperatur der Innendurchmesser des Quetschrings 27 vergrößert, das Ausmaß der durch den Ring 27 auf die Buchse 31 ausgeübten Druckbeaufschlagung wird reduziert und die Buchse neigt dazu, durch Rückstellen der elastischen Verformung ihre ursprüngliche gerade zylindrische Form wieder anzunehmen, das Ausmaß der Ausdehnung des eingeschnürten Abschnitts 33 in die Buchse 31 wird verringert, die Buchse wird durch den Effekt ihrer Ausdehnung axial verlängert, der Abstand zwischen der oberen und der unteren äußeren Laufrille 25a, 25b wird vergrößert, der Abstand zwischen den entgegengesetzten inneren und äußeren Laufrillen jedes Kugellagers wird vermindert und die auf die Kugeln ausgeübte Vorspannung wird erhöht.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich ist, kann die Verminderung der auf die Kugeln ausgeübten Vorspannung durch den Effekt der Vergrößerung des Abstands zwischen der abgestuften Welle sowie dem inneren Ring und der Buchse durch die Erhöhung der Vorspannung durch den Effekt der Vergrößerung des Abstands zwischen der oberen und der unteren äußeren Laufrille aufgehoben werden. Auf diese Weise kann eine geeignete Vorspannung aufrechterhalten werden, auch wenn ein Temperaturanstieg verursacht wird.
Achte Ausführungsform
Obgleich in dem Fall des Spindelmotors der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform die abgestufte Welle 21 und die Rotornabe 6 als separate Elemente gebildet sind, können diese Elemente einstückig miteinander unter Verwendung des gleichen Materials wie bei der in 10 gezeigten achten Ausführungsform gebildet sein.
In dieser achten Ausführungsform kann die Anzahl der Teile in der gleichen Weise wie in der vierten Ausführungsform reduziert werden. Ferner ist es nicht erforderlich, bei der Montage des Spindelmotors die Welle 21 mit der Rotornabe 6 zusammenzubauen. In diesem Zusammenhang ist der Einstellungsprozess, der während des Montagevorgangs der Welle an der Rotornabe durchzuführen ist, wie z. B. der Zentrierungsprozess der Welle, nicht länger erforderlich, und die Anzahl der für die Montage des Motors erforderlichen Schritte kann ebenfalls reduziert werden.
Die anderen Strukturen oder Anordnungen des Spindelmotors gemäß dieser achten Ausführungsform sind mit denjenigen der siebten Ausführungsform identisch.
Obgleich in der ersten bis achten Ausführungsform zur Verbesserung ihrer Dauerhaftigkeit Kugeln aus Keramikmaterial verwendet werden, können auch Kugeln aus Stahl oder anderen Materialien verwendet werden.
Die folgenden Vorteile können durch den Spindelmotor mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Die Buchse, die den äußeren Ring umgibt oder die als ein äußerer Ring gemeinsamen für sowohl die obere als auch die untere Lagereinrichtung dient, wird durch den Abschnitt mit vermindertem Innendurchmesser, der an der Innenfläche der durch den Lagerhalter verlaufenen Bohrung gebildet ist, oder durch den Quetschring, der um die äußere Umfangsnut der Buchse gesetzt ist, um so den eingeschnürten Abschnitt zu bilden, nach innen gedrückt. In diesem Zusammenhang wird beim Ansteigen der Temperatur durch den Betrieb des Motors der Abstand zwischen den inneren und den äußeren Laufrillen durch den Effekt der thermischen Ausdehnung der Bauteile des Motors erhöht. Dies kann durch das Erhöhen des Abstands zwischen der oberen und der unteren Laufrille durch die thermische Ausdehnung der Buchse und die durch die elastische Rückstellung der Buchse erzeugte Kraft aufgehoben werden. Folglich kann der auf die Kugeln durch den Kontakt mit der inneren und der äußeren Laufrille ausgeübte Druck oder die Vorspannung auf den Kugeln auf einem vorbestimmten Wert gehalten werden.
Folglich kann der Spindelmotor gemäß vorliegender Erfindung die Drehzahl mit hoher Genauigkeit halten, kann im wesentlichen die Schwankungen der natürlichen Frequenz verhindern und kann die Laufungenauigkeit und die damit verbundenen Störungen reduzieren, auch wenn seine Temperatur erhöht wird.
In der Ausführungsform des Spindelmotors, in der eine Lagereinrichtung ein Paar eines oberen und eines unteren Kugellagers enthält und Umfangsnuten an der inneren Umfangsfläche der Buchse gebildet sind, wird der in der Richtung von der äußeren Laufrille des äußeren Rings zu den Kugeln hin durch die Verformung der Buchse oder der Rotornabe durch die Auswirkung der Temperaturschwankung erzeugte Überdruck durch die Umfangsnuten verteilt. Folglich gibt es im wesentlichen keine Möglichkeit, eine übermäßige Last auf die Kugeln auszuüben oder die äußere Laufrille des äußeren Rings zu verformen. Somit kann eine gleichmäßige Umdrehung beinahe ohne Laufungenauigkeit beibehalten werden.
Ein Spindelmotor mit längerer Lebensdauer kann durch Verwendung von Kugeln aus Keramikmaterial erzielt werden. Der Grund dafür liegt darin, dass die Dauerhaftigkeit von Keramikmaterial größer als von Stahl ist.
Während bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert und beschrieben wurden, ist es für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Gedanken und den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Spindelmotor, enthaltend: eine zweireihige Lagereinrichtung (4), die eine Welle (5), eine die Welle (5) umgebende Buchse (9) und ein Paar einer oberen und einer unteren Reihe von Kugeln (12a, 12b) enthält, einen zylindrischen Lagerhalter (2), der von einer Basis (1) des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse (9) innerhalb einer vertikalen Bohrung (3) des Halters (2) nach oben verläuft, und einen Motornabe (6), die auf der Welle (5) montiert ist, um die Rotornabe (6) drehbar auf der Basis (1) zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Abschnitt (3a) mit vermindertem Innendurchmesser mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Buchse (9), an der inneren Oberfläche der Bohrung (3) des Lagerhalters (2) zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt mit größerem Innendurchmesser gebildet ist, um die Buchse (9) durch den Abschnitt (3a) mit vermindertem Innendurchmesser nach innen zu drängen, um sie elastisch zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt (9a) zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren Kugelreihe (10, 11) nach innen in die Buchse (9) vorspringt.
Spindelmotor, enthaltend: eine zweireihige Lagereinrichtung (4), die eine Welle (5), eine die Welle (5) umgebende Buchse (9) und ein Paar einer oberen und einer unteren Reihe von Kugeln (10, 11), die zwischen die Welle (5) und die Buchse (9) gesetzt sind, enthält, wobei jedes Kugellager (10, 11) einen inneren Ring (10a, 11a) und einen äußeren Ring (10b, 11b) sowie dazwischen liegende Kugeln (12a, 12b) hat, einen zylindrischen Lagerhalter (2), der von einer Basis (1) des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse (9) der zweireihigen Lagereinrichtung (4) innerhalb einer vertikalen Bohrung (3) des Halters (2) nach oben verläuft, und eine Motornabe (6), die auf der Welle (5) montiert ist, um die Rotornabe (6) auf der Basis (1) drehbar zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Abschnitt (3a) mit vermindertem Innendurchmesser mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Buchse (9), an der inneren Oberfläche der Bohrung (3) des Lagerhalters (2) zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt mit größerem Innendurchmesser gebildet ist, um die Buchse (9) durch den Abschnitt (3a) mit vermindertem Innendurchmesser nach innen zu drängen, um sie elastisch zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt (9a) zu bilden, der zwischen dem oberen und dem unteren äußeren Ring (10b, 11b) nach innen in die Buchse (9) vorspringt.
Spindelmotor, enthaltend: eine abgestufte Welle (21), die einen Wellenabschnitt (21a) mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt (21b) mit vermindertem Durchmesser hat, eine Verbundlagereinrichtung (20), enthaltend eine die abgestufte Welle (21) umgebende Buchse (22), die ein Paar eines oberen und eines unteren äußeren Laufrings bzw. Nutes (25a, 25b) enthält, Kugeln (26a) der oberen Reihe, die zwischen einem inneren Laufring bzw. einem Nut (23a), der direkt am äußeren Umfang des Wellenabschnitts (21a) mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle (21) gebildet ist, und der oberen Reihe des äußeren Laufrings (25a) angeordnet sind, der an der inneren Umfangsfläche der Buchse (22) gebildet ist, und Kugeln (26b) der unteren Reihe, die zwischen einem inneren Laufring (23b), der an einem inneren Ring (24) gebildet ist, der um den Wellenabschnitt (21b) mit vermindertem Durchmesser der abgestuften Welle (21) gelegt ist, und der unteren Reihe des äußeren Laufrings (25b) angeordnet sind, der an der inneren Umfangsfläche der Buchse (22) gebildet ist, einen zylindrischen Lagerhalter (3), der von einer Basis (1) des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse (22) der Verbundlagereinrichtung (20) innerhalb einer vertikalen Bohrung (3) des Halters (2) nach oben verläuft, und eine Rotornabe (6), die auf dem Wellenabschnitt (21a) mit größerem Durchmesser der Welle (21) montiert ist, um die Rotornabe (6) drehbar auf der Basis (1) zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Abschnitt (3a) mit vermindertem Innendurchmesser mit einem Innendurchmesser, der kleiner ist als der Außendurchmesser der Buchse (22), an der inneren Oberfläche der Bohrung (3) des Lagerhalter (2) zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt mit größerem Innendurchmesser gebildet ist, um die Buchse (22) durch den Abschnitt (3a) mit vermindertem Innendurchmesser nach innen zu drängen, um sie elastisch zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt (22a) zu bilden, der zwischen dem oberen und dem unteren äußeren Laufring (25a, 25b) nach innen in die Buchse (22) vorspringt.
Spindelmotor, enthaltend: eine zweireihige Lagereinrichtung (4), die eine Welle (5), eine die Welle (5) umgebende Buchse (28) und ein Paar einer oberen und einer unteren Reihe von Kugeln (12a, 12b) enthält, einen zylindrischen Lagerhalter (2), der von einer Basis (1) des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse (28) innerhalb einer vertikalen Bohrung (3) des Halters (2) nach oben verläuft, und eine auf der Welle (5) montierte Rotornabe (6) zum drehbaren Lagern der Rotornabe (6) auf der Basis (1), dadurch gekennzeichnet, dass: ein äußerer Umfangsnut (29) an der Buchse (28) gebildet ist, und ein Quetschring (27) vorgesehen ist mit einem Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des äußeren Umfangsnutes (29), wobei der Quetschring (27) über den äußeren Umfangsnut (29) gesetzt ist, um die Buchse (28) elastisch nach innen zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt (30) zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren Reihe von Kugeln (12a, 12b) nach innen vorspringt.
Spindelmotor, enthaltend: eine zweireihige Lagereinrichtung (4), die eine Welle (5), eine die Welle (5) umgebende Buchse (28) und ein Paar einer oberen und einer unteren Reihe von Kugellagern (10, 11) enthält, die zwischen die Welle (5) und die Buchse (28) gesetzt sind, wobei jedes Kugellager (10, 11) einen inneren Ring (10a, 11a) und einen äußeren Ring (10b, 11b) und dazwischen gelegte Kugeln (12a, 12b) hat, einen zylindrischen Lagerhalter (2), der von einer Basis (1) des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse (28) der zweireihigen Lagereinrichtung (4) innerhalb einer vertikalen Bohrung (3) des Halters (2) nach oben verläuft, und eine auf der Welle (5) montierte Motornabe (6) zum drehbaren Lagern der Rotornabe (6) auf der Basis (1), dadurch gekennzeichnet, dass: ein äußerer Umfangsnut (29, 32) an der Buchse (28) gebildet ist, und ein Quetschring (27) vorgesehen ist mit einem Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des äußeren Umfangsnutes (29, 32), wobei der Quetschring (27) über den äußeren Umfangsnut (29, 32) gesetzt ist, um die Buchse (28) elastisch nach innen zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt (30) zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren Reihe von äußeren Ringen (10b, 11b) nach innen vorspringt.
Spindelmotor, enthaltend: eine abgestufte Welle (21), die einen Wellenabschnitt (21a) mit größerem Durchmesser und einen Wellenabschnitt (21b) mit vermindertem Durchmesser hat, eine Verbundlagereinrichtung (20), enthaltend eine die abgestufte Welle (21) umgebende Buchse (31), die ein Paar eines oberen und eines unteren parallelen äußeren Laufrings bzw. Nuts (25a, 25b) enthält, Kugeln (26a) der oberen Reihe, die zwischen einem inneren Laufring bzw. Nut (23a), der direkt am äußeren Umfang des Wellenabschnitts (21a) mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle (21) gebildet ist, und der oberen Reihe des äußeren Laufrings (25a) angeordnet sind, der an der inneren Umfangsfläche der Buchse (31) gebildet ist, und Kugeln (26b) der unteren Reihe, die zwischen einem inneren Laufring (23b), der an einem inneren Ring (24) gebildet ist, der um den Wellenabschnitt (21b) mit vermindertem Durchmesser der abgestuften Welle (21) gelegt ist, und der unteren Reihe des äußeren Laufrings (25b) angeordnet sind, der an der inneren Umfangsfläche der Buchse (31) gebildet ist, einen zylindrischen Lagerhalter (2), der von einer Basis (1) des Spindelmotors zur Aufnahme der Buchse (31) der Verbundlagereinrichtung (20) innerhalb einer vertikalen Bohrung (3) des Halters (2) nach oben verläuft, und eine Rotornabe (6), die auf dem Wellenabschnitt (21a) mit größerem Durchmesser der Welle (21) montiert ist, um die Rotornabe (6) drehbar auf der Basis (1) zu lagern, dadurch gekennzeichnet, dass: ein äußerer Umfangsnut (29, 32) an der Buchse (31) gebildet ist, und ein Quetschring (27) vorgesehen ist mit einem Innendurchmesser kleiner als der Außendurchmesser des äußeren Umfangsnutes (29, 32), wobei der Quetschring (27) über den äußeren Umfangsnut (29, 32) gesetzt ist, um die Buchse (31) elastisch nach innen zu verformen, um einen eingeschnürten Abschnitt (33) zu bilden, der zwischen der oberen und der unteren Reihe von äußeren Laufringen (25a, 25b) nach innen vorspringt.
Spindelmotor nach Anspruch 2 oder 5, bei welchem Umfangsnute (14), die im wesentlichen die gleiche Breite haben wie diejenige des äußeren Laufrings (25a, 25b), der an der inneren Umfangsfläche des äußeren Rings (10a, 10b) gebildet ist, an Positionen der inneren Umfangsfläche der Buchse (9; 28) gebildet sind, an welchen der äußere Ring (10a, 10b) jedes Kugellagers (10,11) anliegt.
Spindelmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Welle (5; 21) und die Rotornabe (6) einstückig miteinander durch Verwendung des gleichen Materials gebildet sind.
Spindelmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei welchem die Kugeln (12a, 12b) aus Keramikmaterial gebildet sind.
Spindelmotor nach Anspruch 3 oder 6, bei welchem der Außendurchmesser des inneren Rings (24) identisch mit dem des Wellenabschnitts (21a) mit größerem Durchmesser der abgestuften Welle (21) ist und die Kugeln (26a) der oberen Reihe in ihrem Durchmesser mit dem der Kugeln (26b) der unteren Reihe identisch sind.