JP2003065330A

JP2003065330A - 玉軸受および軸受装置

Info

Publication number: JP2003065330A
Application number: JP2001260292A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishiwada; 博石和田; Mamoru Aoki; 護青木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-08-29
Filing date: 2001-08-29
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】回転トルクやその変動が小さく、回転精度の高
い玉軸受および軸受装置を提供することである。【解決手段】外輪溝方位置を基準とした爪５ｅの高さＴ
を、玉径Ｄａの２０％以下とする冠形保持器５を組み込
み、保持器ポケット開口側５ａの内輪２及び保持器ポケ
ット反開口側５ｂの外輪３に予圧を印加した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばハードディ
スクドライブ装置（ＨＤＤ:Hard Disk Driveともい
う）、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ:Video Tape Re
corderともいう）レーザービームプリンタ（ＬＢＰ：La
ser Beam Printer）等に用いられる小型モータ用玉軸
受および軸受装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記の装置等に組み込まれる玉軸
受は、例えば図１１に示すように、一対の組み合わせ軸
受１００，１００により構成され、組み合わせの方向
は、特には決められておらず、発塵のしやすい保持器２
００のポケット開口側２０１を向い合せ、軸受ユニット
としての外部への発塵を低減するように配置されるのが
一般的である。また、今日では、製品の輸送時における
耐揺動性（以下、耐フレッチング性）の向上を図るべ
く、軸受に封入される潤滑剤は、従来の保持器乗せから
溝封入とするのが一般的である。図中、３００はシャフ
ト（軸）、４００は軸受１００，１００間に挿入されて
いる間座を示す。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この形
態の装置を回転させた場合、溝に潤滑剤が封入されてい
る為、回転トルクやその変動が大きく、また、回転に同
期しない振動（ＮＲＲＯ）が大きくなるといった問題が
ある。本発明は、従来技術の有するこのような問題点に
鑑みなされたもので、その目的とするところは、回転ト
ルクやその変動が小さく、回転精度の高い玉軸受および
軸受装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明がなした技術的手段は、外周面に内輪軌道を有
する内輪と、内周面に外輪軌道を有する外輪と、上記内
輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設けられた複数の
玉と、該玉を等間隔に保持するための冠形保持器を備え
てなる玉軸受において、保持器ポケット開口側の内輪及
び保持器ポケット反開口側の外輪に予圧が印加され、外
輪溝肩位置を基準としたときの保持器の爪高さＴが、玉
径Ｄａの２０％以下（Ｔ≦２０％×Ｄａ）の玉軸受とし
たことである。また、上記構成に、さらに保持器の組込
み方向を判別可能とする形態が、軸方向一端面と軸方向
他端面との間に設けられている玉軸受としたことであ
る。そして、上記いずれかに記載の玉軸受を、軸に組み
込んで軸受装置を構成したことである。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の玉軸受および軸受
装置の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、本実
施形態は本発明の一実施形態を示したものにすぎず、何
等これらに限定されるものではない。

【０００６】図１に玉軸受の断面概略図を示す。玉軸受
１は、外周に内輪軌道２ａを有する内輪２と、内周に外
輪軌道３ａを有する外輪３と、該内輪軌道２ａと外輪軌
道３ａの間に組み込まれる複数個の転動体４と、該転動
体４を等配に保持する冠形保持器５とから構成されてい
る。また、各軸受１の内外輪２，３間にはシールリング
（本実施形態ではシールド）９が必要に応じて備えられ
ている。シールリング９の構成については特に限定解釈
されず本発明の範囲内で設計変更可能である。また、製
品の輸送時における耐揺動性の向上を図るべく、軸受１
に封入されるグリースなどの潤滑剤は溝封入（内輪軌道
２ａ、外輪軌道３ａへの封入）とする。冠形保持器５
は、例えば図５に示すように、円環状の主部５ｃと、該
主部５ｃの軸方向片面に設けられた複数のポケット５ｄ
とを備え、該ポケット５ｄが主部５ｃの軸方向片面に互
いに間隔をあけて配置された一対の爪（弾性片ともい
う）５ｅ同士の間に設けられている。そして、本発明で
は、外輪溝肩位置３ｄを基準としたときの保持器５の爪
高さＴが、玉径Ｄａの２０％以下（Ｔ≦２０％×Ｄａ）
とするところに特徴的な構成要素がある。このように数
値限定した意義については、後述する実験結果で併せて
説明する。

【０００７】そして本発明では、上記玉軸受は、保持器
ポケット開口側５ａの内輪２及び保持器ポケット反開口
側５ｂの外輪３に予圧が印加されるところにも特徴的な
構成要素がある。図２は本発明玉軸受を軸に固定した軸
受装置の第一実施形態を示し、該装置は、上述した構成
からなる二個の転がり軸受１，１を、各軸受１，１の内
輪２，２をシャフト（軸）６の外周に固定して備えると
共に、予圧が印加されて組み合わされている。本実施形
態では、二個の軸受１，１における各保持器５，５のポ
ケット反開口側５ｂ，５ｂが向かい合うように配設さ
れ、軸受１，１の外輪３，３間には間座７が配されてお
り、保持器ポケット開口側５ａ，５ａから内輪２，２に
予圧Ｆ_ａ０を印加することで、外輪３，３には保持器ポ
ケット反開口側５ｂ，５ｂから予圧が印加される（図２
参照）。なお、この予圧を印加する方法は特に限定解釈
されず設計変更可能である。また、予圧量は適宜必要・
最適な量を設定し限定はされない。

【０００８】このように冠形保持器５を組み込んだ軸受
において、保持器ポケット開口側５ａ，５ａに位置する
内輪端面２ｂ，２ｂ及び保持器ポケット反開口側５ｂ，
５ｂに位置する外輪端面３ｂ，３ｂに予圧を印加するこ
とにより、トルクが低く、回転精度の高い軸受装置が設
計可能となる。さらに、溝に封入されたグリースＧは、
反接触角側、特に遠心力により外輪３側に溜まるが、上
述の通り保持器ポケット開口側５ａの内輪端面２ｂと保
持器ポケット反開口側５ｂの外輪端面３ｂに予圧が印加
された場合、外輪３の反接触角側に溜まったグリースＧ
は玉４の回転に伴い、図１に示すように、接触角線Ｂと
平行に保持器爪５ｅ側に移動する（移動方向を図１中、
矢印Ａで示す。）。本実施形態では、外輪３の溝肩位置
３ｄに対する爪高さＴを玉径Ｄａの２０％以下（Ｔ≦２
０％×Ｄａ）に設定することにより、グリースＧの掻き
取りを抑制すると共に、掻き取られたグリースＧを爪５
ｅと爪５ｅの間に堆積させることにより、適度なグリー
ス供給を可能とする。このような作用により、低トルク
変動、低トルク、低振動の軸受仕様が実現可能となる。
また、発塵の問題に対しては、磁性流体シールを用いる
等により、解決が可能である。

【０００９】図３は、本発明軸受装置の第二実施形態を
示す。本実施形態では、二個の軸受１，１における各保
持器５，５のポケット開口側５ａ，５ａが向かい合うよ
うに配設されている点、および保持器ポケット開口側５
ａ，５ａに位置する内輪端面２ｃ，２ｃと保持器ポケッ
ト反開口側５ｂ，５ｂに位置する外輪端面３ｃ，３ｃに
予圧が印加されている点に、第一実施形態と相違する特
徴的な構成要素がある。本実施形態によれば、軸受１，
１の内輪２，２間には間座７を配し、保持器ポケット反
開口側５ｂ，５ｂから外輪３，３に予圧Ｆ _ａ０を印加す
ることで、内輪２，２には保持器ポケット開口側５ａ，
５ａから予圧が印加される（図３参照）。内輪２、外輪
３、転動体４、保持器５などのその他の構造、および本
装置による作用効果は、上述した第一実施形態と同様で
あるため第一実施形態を援用して詳細な説明は省略す
る。

【００１０】なお、本実施形態では、二個の軸受１，１
を対で使用する形態をもって説明するが、本発明は二個
の軸受の組み合わせに限定されるものではない。

【００１１】また、保持器ポケット開口側５ａの内輪２
に予圧Ｆ_ａ０を印加させるためには、軸受１を軸６に組
み付ける際に保持器５の組込み方向が判っていなければ
ならない。そこで本実施形態の玉軸受１においては、図
４に示すように、軸方向（図４（ａ）の左右方向）の一
端面１ａと他端面１ｂとの間に、上記保持器５の組込み
方向を判別可能とする形態（差異）を設けている。

【００１２】この様に両端面１ａ，１ｂ同士の間に差異
を設けるには、例えば次の構成が代表例として挙げられ
る。図４に示す様に、内輪２と外輪３の一方又は双方の
片端面２ｂ，３ｂにのみ保持器組込み方向を示すマーク
１０，１０を付する事が考えられる。このマーク１０，
１０は、例えば図４（ｂ）に示すように保持器ポケット
開口側５ａの軸受内輪端面２ｂと外輪端面３ｂに付す
る。このように保持器ポケット開口側５ａの軸受内輪端
面２ｂと外輪端面３ｂにマーク１０，１０を付すること
で、該マーク１０，１０の付されている端面が保持器ポ
ケット開口側５ａを示すこととなる。なお、このマーク
１０は、図示例とは逆に、保持器５のポケット反開口側
５ｂの軸受内輪端面２ｃと外輪端面３ｃに付することも
でき、このようにすることで、保持器５の組込み開始位
置側を示すこととなり、必然的にマークのない端面側が
ポケット開口側５ａであることが確認できる。マーク１
０の一例として図４に示した×印は単なる例示にすぎず
これに限定されるものではなく、任意に選択可能であ
る。マーク１０は、刻設してもよく、また平面状・突状
に設けるものとしてもよく、さらにその数量・位置も任
意である。また、マーク１０は、いずれか一方のシール
リング９に設けることも出来る。

【００１３】また、シールリング９，９の色彩を、材質
等を変えることにより軸受一端側と他端側とで変える事
によっても、保持器５の組込み方向を外観で判別自在と
することもできる。例えば、双方のシールリング９，９
の色や模様を変えたり、また、一方のシールリングを合
成樹脂やゴム製とし、他方のシールリングを鋼材とする
ことでも判別可能である。また、合成樹脂製とする場
合、透明の材質を用いればシールリングを透かして保持
器の組込み方向が確認できる。また、上述のようにシー
ルリング９を軸受１の両端に装着するのではなく、シー
ルリング９を軸受端面のいずれか一方にのみ装着するも
のとすれば、保持器５の組込み方向を外観から判別可能
とすることもできる。すなわち、保持器５のポケット反
開口側５ｂに位置する軸受端面若しくは保持器５のポケ
ット開口側５ａに位置する軸受端面にのみシールリング
９を装着するものとすれば、シールリング９装着側が保
持器ポケット開口側５ａ（若しくは保持器ポケット反開
口側５ｂ）となり、保持器５の組込み方向が容易に判別
可能となる。更に、上記内輪２と外輪３の一方又は双方
の軸方向端縁部に切り欠き等の凹凸を形成して差異を設
ける事としても保持器組込み方向の判別が可能である。
これによれば、ＨＤＤ用スピンドルモータに軸受を組み
付ける為の自動機が、上記切り欠き等の凹凸により保持
器５の組込み方向を判別しつつ、所定方向に組み付ける
様に構成する事もできる。

【００１４】シール付転がり軸受の製造過程で、保持器
組込み方向に応じて上記両端面同士の間に差異を設ける
事は、特に面倒な作業を行なう事なく、容易且つ確実に
行なえる。上述の様に構成されるシール付玉軸受の場合
には、保持器組込み方向が外観から簡易かつ確実に判別
可能であるため、保持器組込み方向に応じてそれぞれの
軸受の組み付け方向の規制を確実に行なえる。上述の転
がり軸受１構成を採用すれば、軸受１のシールリング９
や軌道輪（内輪２・外輪３）に保持器５の組込み方向が
外観から判別できるように、判別のための種々の差異を
設けたため、例えば両端１ａ，１ｂにシールリング９，
９を装着した軸受であっても、容易に外観から保持器５
の方向性を知ることができる。従って、簡単かつ確実に
保持器開口側５ａの内輪２に予圧Ｆ_ａ０を印加させるこ
とができるため、回転トルクやその変動、回転に同期し
ない振動を低減させることが可能となる。

【００１５】例えば図２の軸受装置によれば、図４に示
したマーク１０が、図２において、軸方向上側の軸受１
にあっては内輪２と外輪３の一端面（図にて上方の端
面）２ｂ，３ｂに、そして下側の軸受１にあっては内輪
２と外輪３の一端面（図にて下方の端面）２ｂ，３ｂに
それぞれ付され、マーク１０，１０同士が対向していな
い状態で組み合わされている。また、図３の軸受装置に
よれば、図４に示したマーク１０が、図３において、軸
方向上側の軸受１にあっては内輪２と外輪３の一端面
（図にて下方の端面）２ｂ，３ｂに、そして下側の軸受
１にあっては内輪２と外輪３の一端面（図にて上方の端
面）２ｂ，３ｂにそれぞれ付され、マーク１０，１０同
士が対向している状態で組み合わされている。

【００１６】本発明の効果を確認するために行った実験
について説明する。以下の実験は、内径５ｍｍ、外径１
３ｍｍ、幅３ｍｍの情報機器用ミニチュア玉軸受を、Ｈ
ＤＤ／ＳＰＭ装置（図６）に組込み、トルク、ＮＲＲＯ
の時系列的変化を比較した。なお、本実験では、ＨＤＤ
／ＳＰＭ装置のシャフト（軸）６の一端側に立上げ形成
した段部６ａに、一方の軸受（図６で下方の軸受）１に
おける内輪２の端面２ｂを突き当て、そして双方の軸受
１，１の外輪３，３間に、ハウジングの内径面に周設し
た段付き部８を位置させ、そして他方の軸受（図６で上
方の軸受）１における内輪２の端面２ｂに所望する予圧
荷重と等しい重り又はバネ力を加え接着固定している。
この場合、接着に代えて圧入としてもよい。回転数：７２００ｍｉｎ^−１（外輪回転）予圧：アキシアル荷重１１．７６Ｎ（１．２ｋ
ｇｆ）試験時間：２ｈｒここで、本発明における保持器の向きと予圧方向の効果
について実験を行った。実験試料としては、上記に示す
同仕様の軸受を従来の構成、及び本発明の構成に組込
み、比較を行った。図７、図８にその実験結果を示す。
図７は本発明構成の結果、図８は従来構成の結果を示す
（夫々の図で（ａ）はトルクの時系列的変化、（ｂ）は
ＮＲＲＯの時系列的変化を示す。）。これによると、本
発明の構成によれば、トルクおよびその変動が低く、か
つＮＲＲＯも小さいことが明瞭で、これを従来の構成に
比すれば、本発明構成の方がトルク、ＮＲＲＯともに優
れていることが確認できた。次に、冠形保持器５におけ
る爪５ｅの位置について本発明の効果を確認する実験を
行った。冠形保持器５の爪５ｅの高さＴが、玉径Ｄａの
３０％，２０％，１０％，０％，−１０％，−２０％で
あるとき、それぞれのＮＲＲＯ、トルクを時系列的に測
定し、その値が測定初期値に対してＮＲＲＯ：１／３、
トルク：１／２を下まわるまでの時間を比較した。その
結果、図９に示すように、爪高さＴが玉径Ｄａの２０％
以下では、ＮＲＲＯ、トルクは早い段階で安定し、２０
％よりも高いと、安定には時間がかかることが確認でき
る。即ち、ＮＲＲＯ、トルクが早急に安定する為には冠
形保持器５の爪高さＴが、玉径Ｄａの２０％以下である
ことが実験的に確認できた。更に、０％以下とし、剛性
の観点から−１５％以上とすることが好ましい。本実施
形態では、冠形保持器５の爪５ｅの形状について限定は
していないが、本発明は如何なる爪形状にも適用可能で
ある。例えば、図１０に示すように、爪５ｅ先端を斜め
に切除することも効果的であると考えられる。図中、破
線部分は切除部分を示す。

【００１７】

【発明の効果】本発明では、保持器ポケット開口側内輪
と保持器ポケット反開口側外輪に予圧が印加されること
により、グリースが反接触角側に溜まり、玉の回転に伴
い、接触角と平行に保持器爪側に移動する。本発明で
は、外輪溝肩位置に対する爪高さを２０％以下に設定す
ることにより、グリースの掻取りを抑制し、適度な供給
を可能とする。これらの作用により低トルク変動、低ト
ルク、低振動の軸受仕様を実現可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明玉軸受の一部断面概略図。

【図２】本発明軸受装置の第一実施形態示す概略断面
図。

【図３】本発明軸受装置の第二実施形態示す概略断面
図。

【図４】（ａ）は一部省略して示す概略縦断面図、
（ｂ）は概略正面図。

【図５】冠形保持器の一実施形態を示す斜視図。

【図６】ＨＤＤ／ＳＰＭ装置の断面概略図。

【図７】本発明を適用したＨＤＤ／ＳＰＭの実験結果
（トルク、ＮＲＲＯの時系列的変化）。

【図８】従来の軸受構成のＨＤＤ／ＳＰＭの実験結果
（トルク、ＮＲＲＯの時系列的変化）。

【図９】本発明の効果を確認する為に行った試験の結
果。

【図１０】保持器爪部の他の形態を示す概略図。

【図１１】従来技術の概略断面図。

【符号の説明】１：軸受２：内輪３：外輪４：玉５：保持器５ａ：保持器ポケット開口側５ｂ：保持器ポケット反開口側５ｅ：爪６：軸Ｄａ：玉径Ｔ：爪高さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3J012 AB04 BB03 FB10 3J101 AA03 AA32 AA42 AA54 AA62 BA25 BA44 BA53 BA57 FA01 FA60 GA53

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周面に内輪軌道を有する内輪と、内周面
に外輪軌道を有する外輪と、上記内輪軌道と外輪軌道と
の間に転動自在に設けられた複数の玉と、該玉を等間隔
に保持するための冠形保持器を備えてなる玉軸受におい
て、保持器ポケット開口側の内輪及び保持器ポケット反
開口側の外輪に予圧が印加され、外輪溝肩位置を基準と
したときの保持器の爪高さＴが、玉径Ｄａの２０％以下
（Ｔ≦２０％×Ｄａ）であることを特徴とする玉軸受。
【請求項２】保持器の組込み方向を判別可能とする形態
が、軸方向一端面と軸方向他端面との間に設けられてい
ることを特徴とする請求項１に記載の玉軸受。
【請求項３】請求項１又は２のいずれかに記載の玉軸受
を、軸に組み込んだことを特徴とする軸受装置。