JP2003239990A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 玉の耐乗り上げ性を確保して、小型ＯＡ機器
の信頼性及び耐久性を向上させる。 【解決手段】 各玉８、８の直径をＤａ、内輪軌道４の
溝深さＨｉと、同じく外輪軌道６の溝深さＨｏとの関係
を規制する。具体的には、これら内輪軌道４及び外輪軌
道６の各溝深さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）を０．３
４Ｄａ〜０．５０Ｄａとする。これと共に、上記内輪軌
道４の溝深さＨｉを上記外輪軌道６の溝深さＨｏ以上と
する。この結果、上記各玉８、８の転動面と上記内輪軌
道４及び外輪軌道６との転がり接触部の接触楕円が、上
記内輪軌道４及び外輪軌道６の端縁に達しにくくなっ
て、上記課題を解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】この発明に係る玉軸受は、例
えばハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）やビデオテ
ープレコーダ（ＶＴＲ）、ディジタルビデオディスクレ
コーダ（ＤＶＤ）、マイクロディスクレコーダ（Ｍ
Ｄ）、ＩＣ（集積回路）用冷却フアン等、低騒音、低振
動の要求される情報機器用のモータ等に組み込まれ、高
速で回転するスピンドルを支承する。 【０００２】 【従来の技術】例えばコンピュータに組み込まれるＨＤ
Ｄには、図１に示す様な駆動モータを組み込んで、ハー
ドディスク駆動用のスピンドル１を高速で回転駆動す
る。このスピンドル１の外周面とハウジング２の内周面
との間には、それぞれ図２に詳示する様な構成を有する
１対の玉軸受３、３を設けて、上記スピンドル１をハウ
ジング２の内側に、回転自在に支承している。これら各
玉軸受３、３はそれぞれ、外周面に内輪軌道４を有する
鋼製の内輪５と、内周面に外輪軌道６を有する鋼製の外
輪７と、上記内輪軌道４と外輪軌道６との間に転動自在
に設けられた複数個の鋼製の玉８、８とから構成され
る。これら各玉８、８は、保持器９（図２は省略、図１
参照）により転動自在に保持すると共に、上記駆動モー
タへの組み付け状態では予圧を付与して、上記スピンド
ル１の回転時に、がたつきが生じない様にしている。 【０００３】ＨＤＤの回転支持部に組み込む、上述の様
な玉軸受３は、室内で使用する事に鑑みて、運転時に発
生する騒音を低く抑える事が要求されるだけでなく、近
年に於けるＨＤＤの高密度化（高記憶容量化）、小型化
により、ＮＲＲＯ（回転非同期振れ）を始めとする振動
を、極めて低く抑える事が要求されている。一方、ノー
ト型パソコン等、小型のＯＡ機器の普及により、取り扱
いミスによって生じる落下、衝突等に基づく衝撃荷重に
よる故障を防止する為に、この様な衝撃荷重に対する強
度（耐衝撃性）も要求される様になっている。 【０００４】ところで、上述の様な騒音並びに振動は、
上記各玉８、８の転動面や内輪軌道４及び外輪軌道６に
生じる圧痕等の損傷に伴って増大すると考えられてい
る。この様な損傷のうちの上記圧痕は、上記各玉８、８
の転動面と内輪軌道４及び外輪軌道６との転がり接触部
の接触圧が、材料や形状等により定まる所定の値（平均
面圧２０００〜２４００ＭPa程度）以上となった場合
に、これら各玉８、８の転動面や内輪軌道４及び外輪軌
道６が凹む様に塑性変形するものである。尚、この様な
圧痕は、上記転がり接触部の平均面圧が上記所定の値以
上とならなくても、具体的には、この転がり接触部の一
部で局部的に接触圧が増大する事によっても生じる場合
がある。 【０００５】即ち、例えば上記玉軸受３が大きなアキシ
アル荷重を受けると、上記各玉８、８の転動面と内輪軌
道４及び外輪軌道６との転がり接触部の接触楕円が、こ
れら各軌道４、６の幅方向端縁部分に達する、所謂玉の
乗り上げが生じる。そして。この玉の乗り上げの際に、
上記各玉８、８の転動面や上記内輪軌道４及び外輪軌道
６にエッジロードに基づく過大面圧が加わる（局部的に
応力が集中する）事によって、上記圧痕が生じる場合が
ある。この様な圧痕は、上記各玉８、８の転動面と上記
内輪軌道４及び外輪軌道６との転がり接触部に生じる
為、大きさが微小であっても、使用時の騒音並びに振動
が増大し易くなる。ミニアチュア玉軸受（一般的に外径
９mm以下の玉軸受）のうちで、特に上記各玉８、８の直
径が４mm以下のものは、上述の様な玉の乗り上げを生じ
にくくする事、即ち、耐乗り上げ性を確保する事が、上
記玉軸受３の耐衝撃性（許容衝撃荷重の大きさ）や耐荷
重性（許容荷重の大きさ）の確保に繋がる為、この様な
耐乗り上げ性の向上を図る事が望まれている。 【０００６】この様な乗り上げを防止し、上記耐衝撃性
や耐荷重性を確保すべく、上記各玉８、８の直径を大き
くしたり、これら各玉８、８の組込み数を増やしたりす
る事が行なわれている。即ち、この様に各玉８、８の直
径を大きくしたり組込み数を増やしたりすれば、これら
各玉８、８を上記内輪軌道４及び外輪軌道６の端縁側に
変位しにくくできる。又、上記内輪軌道４及び外輪軌道
６の断面の曲率半径を大きくすれば、転がり接触部の接
触楕円と上記内輪軌道４及び外輪軌道６の端縁との距離
を確保できる。更には、玉軸受３のラジアル内部隙間を
小さくすれば、上記各玉８、８が上記内輪軌道４及び外
輪軌道６の端縁側に変位しにくくなって、上記乗り上げ
を防止できる。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】ところが、上述の様に
各玉８、８の直径を大きくしたり、これら各玉８、８の
組込み数を増やしたりする事により、耐乗り上げ性を確
保する場合、玉軸受３の寸法制約を受ける事が避けられ
ない。即ち、ミニアチュア玉軸受に適用する場合、上記
各玉８、８の直径の大きさや組込み数に限界があり、設
計の自由度が低く、上記玉軸受３の大きさによっては所
望の耐乗り上げ性を確保できない可能性がある。又、内
輪軌道４及び外輪軌道６の断面の曲率半径を大きくする
事や、ラジアル内部隙間を小さくする事により、上記耐
乗り上げ性を確保する場合には、衝撃荷重等の外部から
大きな荷重を受けない、通常の運転時でも、上記各玉
８、８の転動面と上記内輪軌道４及び外輪軌道６との転
がり接触部の接触圧が大きくなる。この為、これら各玉
８、８の転動面や内輪軌道４及び外輪軌道６の転がり寿
命が低下し易くなると共に、接触圧が所定値以上となる
事による圧痕が生じ易くなり、振動や騒音が増大し易く
なる可能性がある。本発明の玉軸受は、この様な事情に
鑑みて、各玉の耐乗り上げ性を確保し、耐衝撃性、耐荷
重性の向上を図るべく発明したものである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の玉軸受は、従来
から知られている玉軸受と同様、図１〜２に示す様に、
外周面に断面円弧形の内輪軌道４を形成した内輪５と、
内周面に断面円弧形の外輪軌道６を形成した外輪７と、
これら内輪軌道４と外輪軌道６との間に転動自在に設け
られた複数個の玉８、８とを備える。 【０００９】特に、本発明の玉軸受に於いては、上記各
玉８、８の直径をＤａとし、上記内輪軌道４の底部から
この内輪軌道４の縁部までの径方向距離であるこの内輪
軌道４の溝深さをＨｉとし、同じく外輪軌道６の底部か
らこの外輪軌道６の縁部までの径方向距離であるこの外
輪軌道６の溝深さをＨｏとした場合に、０．３４Ｄａ≦
（Ｈｉ＋Ｈｏ）≦０．５０Ｄａとすると共に、Ｈｉ≧Ｈ
ｏ（好ましくはＨｉ＞Ｈｏ）としている。 【００１０】 【作用】上述の様な本発明の玉軸受３によれば、玉８、
８の直径Ｄａや玉８、８の組込み数、内輪軌道４及び外
輪軌道６の断面の曲率半径、ラジアル内部隙間等を大幅
に変更する事なく、玉８、８の耐乗り上げ性（玉８、８
の乗り上げにくさ）を確保し、耐衝撃性、耐荷重性の向
上を図れる。即ち、内輪軌道４の溝深さＨｉと外輪軌道
６の溝深さＨｏとの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）を、従来は各玉
８、８の直径Ｄａの０．２５倍〜０．３０倍｛０．２５
Ｄａ≦（Ｈｉ＋Ｈｏ）≦０．３０Ｄａ｝程度としていた
の対し、本発明の場合には、上記各玉８、８の直径Ｄａ
の０．３４倍〜０．５０倍｛０．３４Ｄａ≦（Ｈｉ＋Ｈ
ｏ）≦０．５０Ｄａ｝としている。この様に内輪軌道４
及び外輪軌道６の各溝深さＨｉ、Ｈｏを大きくしている
為、上記各玉８、８の転動面と内輪軌道４及び外輪軌道
６との転がり接触部の接触楕円と、これら各軌道４、６
の端縁との距離を十分に確保できる。この結果、上記各
玉８、８に大きなアキシアル荷重等が加わり、これら各
玉８、８が上記内輪軌道４及び外輪軌道６の端縁側に変
位する傾向となった場合でも、これら各玉８、８の転動
面と内輪軌道４及び外輪軌道６との転がり接触部の接触
楕円を、これら各軌道４、６の端縁に達しにくくできる
（玉を乗り上げにくくできる）。 【００１１】図３は、上記内輪軌道４の溝深さＨｉと上
記外輪軌道６の溝深さＨｏとを同じ大きさ（Ｈｉ＝Ｈ
ｏ）とした場合の、これら内輪軌道４及び外輪軌道６の
各溝深さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）と、これら内輪
軌道４若しくは外輪軌道６の端縁に玉８、８が乗り上げ
るまでの荷重との関係に就いて、本発明者の行なった計
算結果を示している。尚、この図３中横軸は、上記各溝
深さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）を、同じく縦軸は、
上記各玉８、８が上記内輪軌道４若しくは外輪軌道６の
端縁に乗り上がる状態となる荷重を、それぞれ示してい
る。この様な図１から明らかな様に、上記内輪軌道４及
び外輪軌道６の各溝深さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）
を、本発明の技術範囲である玉８、８の直径Ｄａの０．
３４倍〜０．５０倍（０．３４Ｄａ〜０．５０Ｄａ）と
する事により、従来構造｛玉８、８の直径Ｄａの０．２
５倍〜０．３０倍（０．２５Ｄａ〜０．３０Ｄａ）｝に
比べて玉８、８の乗り上げ荷重を、ほぼ１．５倍以上向
上する事ができる。 【００１２】尚、上記内輪軌道４及び外輪軌道６の各溝
深さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）が上記各玉８、８の
直径Ｄａの０．３４倍未満｛（Ｈｉ＋Ｈｏ）＜０．３４
Ｄａ｝の場合には、上記各玉８、８の乗り上げ荷重を十
分に大きくできず、これら各玉８、８の乗り上げに基づ
いて生じる圧痕により、振動、騒音が増大し易くなる。
一方、上記内輪軌道４及び外輪軌道６の各溝深さＨｉ、
Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）が上記各玉８、８の直径Ｄａの
０．５０倍を超える｛（Ｈｉ＋Ｈｏ）＞０．５０Ｄａ｝
場合には、これら各玉８、８の乗り上げ荷重を十分に大
きくできるが、玉軸受３を組み立てる際に、上記各玉
８、８を上記内輪軌道４と外輪軌道６との間に組み込み
にくくなる。この結果、組立作業が面倒になると共に、
この組立作業の際に上記各玉８、８の転動面や内輪軌道
４及び外輪軌道６に擦傷等の損傷が生じ易くなる可能性
がある。 【００１３】又、本発明の場合には、上記内輪軌道４の
溝深さＨｉを、上記外輪軌道６の溝深さＨｏに比べて大
きく（Ｈｉ≧Ｈｏ、好ましくはＨｉ＞Ｈｏ）する事によ
り、この内輪軌道４に形成される接触楕円の当該軌道４
の端縁までの距離と、上記外輪軌道６に形成される接触
楕円の当該軌道６の端縁までの距離とが、ほぼ同じとな
る様にしている。即ち、上記内輪軌道４の円周方向に関
する形状が凸となる分、（円周方向に存在する接触楕円
の短径が短くなって）この内輪軌道４に形成される接触
楕円部分の当接圧が高くなり、その分この接触楕円の長
径が、上記外輪軌道６に形成される接触楕円の長径に比
べて大きくなる。この為、この内輪軌道４に形成される
接触楕円は、上記外輪軌道６に形成される接触楕円に比
べて、当該軌道４の端縁に乗り上げ易くなる可能性があ
る。これに対して本発明の場合には、上述の様に内輪軌
道４の溝深さＨｉを外輪軌道６の溝深さＨｏに比べて大
きく（Ｈｉ≧Ｈｏ、好ましくはＨｉ＞Ｈｏ）する事によ
り、この内輪軌道４に形成される接触楕円の当該軌道４
の端縁までの距離を確保し、乗り上げ荷重が上記内輪軌
道４と上記外輪軌道６とでほぼ均一になる様にしてい
る。 【００１４】図４は、内輪軌道４及び外輪軌道６の各溝
深さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）を０．３４Ｄａとし
た場合の、これら内輪軌道４及び外輪軌道６のそれぞれ
の溝深さＨｉ、Ｈｏと、各玉８、８が各軌道４、６の端
縁に乗り上げるまでの荷重との関係に就いて、本発明者
の行なった計算結果を示している。尚、この図４中横軸
は、上記内輪軌道４と外輪軌道６との各溝深さＨｉ、Ｈ
ｏを、同じく縦軸は、上記玉８、８の乗り上げ荷重を、
それぞれ示している。この様な図２から明らかな様に、
内輪軌道４の溝深さＨｉを各玉８、８の直径Ｄａの０．
１８倍（０．１８Ｄａ）とし、外輪軌道６の溝深さＨｏ
を各玉８、８の直径Ｄａの０．１６倍（０．１６Ｄａ）
とした場合に、上記各玉８、８の乗り上げ荷重を、上記
内輪軌道４及び外輪軌道６とでほぼ均一に、且つ、十分
に確保する事ができる。この様な図４に示した計算結果
から、内輪軌道４の溝深さＨｉを、外輪軌道６の溝深さ
Ｈｏの１．１〜１．２５倍｛Ｈｉ＝（１．１〜１．２
５）Ｈｏ｝とする事が、適切である事が分かる。 【００１５】 【実施例】本発明の効果を確認する為に、本発明者が行
なった実験に就いて説明する。実験は、内径ｄ＝４mm、
外径Ｄ＝８mm、幅Ｗ＝２mm、玉８、８の直径Ｄａ＝１m
m、玉８、８の組込み数１０個の玉軸受３（図２参照）
を使用した。そして、下記の表１に示す様な、本発明の
技術的範囲に属する玉軸受（実施例１〜２）、及び、本
発明の技術範囲からは外れる玉軸受（比較例１〜３）
に、それぞれ所定の静アキシアル荷重（０Ｎ〜２００
Ｎ）を負荷した後、予圧を０．４Ｎ付与した状態で外輪
７を１８００min^-1 で運転し、各玉軸受の振動量（アキ
シアル加速度）を調べた。 【表１】 【００１６】この実験の結果を、図５に示す。尚、この
図５中の横軸は、運転前に各玉軸受に負荷した静アキシ
アル荷重の値を、同じく縦軸は、各玉軸受の振動の値
（アキシアル加速度）を、それぞれ示している。この様
な図５から明らかな様に、何れも（運転前に負荷する）
静アキシアル荷重が大きくなる程、振動の値が上昇し、
しかもこの静アキシアル荷重が或る程度大きくなると、
この振動の値が急上昇する傾向が認められる。但し、内
輪軌道４及び外輪軌道６の各溝深さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈ
ｉ＋Ｈｏ）が大きくなる程、振動の値が急上昇するに至
る、上記静アキシアル荷重の値を大きくできる事が分か
る。即ち、上記内輪軌道４及び外輪軌道６の各溝深さＨ
ｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）を大きくする程、大きなア
キシアル荷重が負荷された場合でも振動を発生しにくく
できる。又、上記各玉軸受の運転後にこれら各玉軸受の
内部損傷を観察した結果、上記各溝深さＨｉ、Ｈｏの和
（Ｈｉ＋Ｈｏ）が上記玉８、８の直径Ｄａの０．２０倍
〜０．３２倍である比較例１〜３の場合の内部損傷は、
主に玉の乗り上げによる圧痕であった。これに対して、
上記各溝深さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）が上記玉
８、８の直径Ｄａの０．３４倍以上である実施例１、２
の場合の内部損傷は、主に接触圧が所定値以上に達する
事による圧痕であった。この事から、上述の様に各溝深
さＨｉ、Ｈｏの和（Ｈｉ＋Ｈｏ）を０．３４倍以上とす
れば、大きなアキシアル荷重を受けた場合でも、玉の乗
り上げを大幅に低減できて、上記玉軸受の耐衝撃性、耐
荷重性の向上を図れる事が分かる。特に、外輪軌道６の
溝深さＨｏを内輪軌道４の溝深さＨｉよりも大きくした
場合に、玉の耐乗り上げ性をより十分に確保し、耐衝撃
性、耐荷重性の向上を図れる事が分かる。 【００１７】 【発明の効果】本発明は、以上に述べた様に、大幅な設
計変更等を必要とする事なく、玉の耐乗り上げ性を確保
でき、玉軸受の耐衝撃性、耐荷重性の向上を図れる。こ
の結果、この玉軸受を使用したモータ等を組み込んだノ
ート型パソコン等の小型ＯＡ機器等を落下させる等によ
り、この玉軸受に大きなアキシアル荷重が加わった場合
でも、この玉軸受に振動を生じにくくできて、上記小型
ＯＡ機器等の信頼性並びに耐久性の向上に大きく寄与で
きる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の対象となる玉軸受を組み込んだＨＤＤ
用モータの断面図。 【図２】玉軸受の拡大断面図。 【図３】内輪軌道及び外輪軌道の溝深さの和と玉の乗り
上げ荷重との関係を示す線図。 【図４】内輪軌道及び外輪軌道の各溝深さと玉の乗り上
げ荷重との関係を示す線図。 【図５】本発明の効果を確認する為に行なった実験の結
果を示す線図。 【符号の説明】 １ スピンドル ２ ハウジング ３ 玉軸受 ４ 内輪軌道 ５ 内輪 ６ 外輪軌道 ７ 外輪 ８ 玉 ９ 保持器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 外周面に断面円弧形の内輪軌道を形成し
   た内輪と、内周面に断面円弧形の外輪軌道を形成した外
   輪と、これら内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に設
   けられた複数個の玉とを備えた玉軸受に於いて、これら
   各玉の直径をＤａとし、上記内輪軌道の底部からこの内
   輪軌道の縁部までの径方向距離であるこの内輪軌道の溝
   深さをＨｉとし、同じく外輪軌道の底部からこの外輪軌
   道の縁部までの径方向距離であるこの外輪軌道の溝深さ
   をＨｏとした場合に、０．３４Ｄａ≦（Ｈｉ＋Ｈｏ）≦
   ０．５０Ｄａとすると共に、Ｈｉ≧Ｈｏとした事を特徴
   とする玉軸受。