JP3942798B2

JP3942798B2 - スピンドルモータ

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Publication number: JP3942798B2
Application number: JP2000120480A
Authority: JP
Inventors: ユルゲン・エールシュ; マンフレット・ラウアー; ヘルムート・ハンス
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-21
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2020-04-21
Also published as: DE10019619A1; JP2000350403A; US6628477B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステータと、これに軸方向に隣接するロータと、ステータ及びロータが共軸に配設された軸とを有し、該軸が内輪及び外輪とそれらの間に配設された転動体とから成る少なくとも１個のころがり軸受を保持するスピンドルモータ、特にハードディスク駆動用スピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスピンドルモータは高い回転精度を必要とするから、通常、予圧されたころがり軸受対（ころがり軸受アセンブリー）が使用され、これによってロータはベースプレートに設置されたステータに対して回転自在に支持される。その場合、軸受系統に作用する予圧が転動体をその軌道との接触点で弾性変形させる。
【０００３】
変形度は、一方では、軸受の形状寸法、即ち、内外輪の半径、転動体の直径及び半径方向隙間に、他方では予圧の大きさに変動があり得ることに左右される。回動可能なアームに取り付けた書込み読取りヘッドはハードディスク表面から僅か0.0001mm乃至0.002mm のヘッド浮上量で運動する。そこで、ハードディスクドライブの書込み読取り機能を保証するためには、モータの回転精度に加えて、回転するハードディスクの表面はどの位置でも常に回転軸に対して直角でなければならない。このことはハードディスクの軸方向ぶれ乃至は端面のぶれが極めて小さくなければならないことを意味する。これらをなるべく小さくするために、通常、ころがり軸受の外輪をロータの取り付け孔に圧入嵌合する。
【０００４】
この圧入嵌合を行う場合、軸受の外輪とロータととの嵌め合い量が大きければ大きいほど大きな接線方向及び半径方向応力が発生する。
【０００５】
この応力は、一方ではロータの取り付け孔を拡張し、他方ではころがり軸受の外輪の締め付けとをもたらし、対応の弾性変形を行うために軸受の半径方向の「公称」隙間を減少させる。
【０００６】
弾性変形は総合系の剛性の尺度をなすものであって、この系の振動動作も弾性変形度に対応して変化する。慣性モーメントが等しい場合、弾性変形度が大きければ振動する「ばね・質量系」の固有周波数が高くなるし、弾性変形度が小さければ振動する「ばね・質量系」の固有周波数が低くなる。また、回転系の固有周波数を決定するもう１つの要素は、ロータに固定されるハードディスクである。ハードディスクも−単独で見れば−系固有の固有周波数を有する１つの振動系をなす。
【０００７】
スピンドルモータの総合振動系は、おおむねこれら２つの質量系によって形成されるもので、これらのパラメータによって定まるスピンドルモータの固有共振周波数はスピンドルモータの機能の障害になる。
【０００８】
そこでハードディスクドライブの機能にとって重要なのは、特にころがり軸受部品の形状差によって引き起こされる動的な乱れが総合系の固有周波数で生じないようにすることである。しかも、あらゆる運転条件下でこの条件が充足されなければならない。さもなければ、共振の際に振動振幅が生じて、書込み読取り誤差を生じ易くなるからである。固有周波数と擾乱周波数の間の臨界安全間隔は部分的にすこぶる小さくなっている上に、製造のバラツキによって一層狭められるから、全系の固有周波数は約＋５℃乃至＋５５℃の関連する温度範囲内で可能な限り一定でなければならない。特に極めて高い記憶密度を持つ今日のハードディスクドライブに使用するにあたってそれが保証されなければ、ころがり軸受の製造誤差のために固有周波数で望ましくない共振を起こし、これによってメモリーディスクに許容できない振動振幅を生じさせる恐れがある。その結果、極めて長い処理時間をかけたにも関わらず不完全なデータ乃至は誤データしか得られないという深刻な作動上の障害が生じる。
【０００９】
現在の先行技術ではロータをアルミニウム製とし、軸受をころがり軸受用鋼製としている。ところが、アルミニウムの熱膨張係数（α）は２４*１０^-6［Ｋ^-1］、鋼の熱膨張係数（α）は約１２*１０^-6「Ｋ^-1］であるから、これらの２つの材料の熱膨張係数には約２倍の差がある。つまり、温度の上昇と共にころがり軸受の外輪を取り囲むロータはアルミニウム製であることから鋼製の外輪よりも極めて大きく熱膨張する。それによって両方の嵌合部（圧入部）間の締め付けが温度上昇と共にゆるむから、半径方向の軸受隙間（内外輪の軌道とそれらの間に配設された転動体と接触点間の距離をいう。以下同じ。）が温度上昇前より大きくなる。この半径方向軸受隙間の増加は弾性変形の減少を意味し、それによって全系の剛性が減少する。メモリーディスクの弾性係数もまた温度上昇と共に減少するから、全系の固有周波数は、温度依存性が生じて望ましくない。即ち、固有周波数は、使用温度の上昇と共に減少し、温度の低下と共に増加する。このことは特に高い記憶密度を有するハードディスクに従来のスピンドルモータを用いる場合、機能障害を招く恐れがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明の課題は、固有周波数の温度依存性の原因であるころがり軸受の半径方向すきまが温度によって変化することを防止することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に基づき次のようにして解決される。
【００１２】
すなわち、本発明に係るスピンドルモータは、ベースプレートと、該ベースプレートに固定されたステータと、これに共軸に回転するロータと、該ステータ及び該ロータに共軸に配置された大径部及び小径部を有する軸と、該軸に支持された軸受アセンブリーとを有し、該軸受アセンブリーは、１対の軸受を有し、該１対の軸受の一方は該軸に共軸にかつ該軸における前記小径部に直接又は間接に固定された内輪と、該内輪を共軸に囲繞する外輪と、該内輪及び該外輪との間に配設された転動体とを含み、他方の軸受は前記軸と該軸における前記大径部を囲繞する外輪とこの外輪と該軸との間に配列された転動体を含み、前記一方の軸受の外輪及び前記他方の軸受の外輪は、一体的に構成されているとともに、これら一方の軸受及び他方の軸受間で共通に使用されるように構成されたスピンドルモータであって、前記ベースプレート、前記軸、前記ステータ、前記ロータ、並びに、前記一方及び他方の軸受の外輪、内輪及び転動体の互いに組になるものの少なくとも１組の間に、所定の熱膨張係数を有し対応の外輪と内輪（１１，９；４５，５３）間又は前記他方の軸受（３７）の外輪（１１）と前記軸（８）との間の軸受隙間を熱膨張によって所望値にする補償手段（１６；１８；２１；２５；２８）を設け、前記補償手段は、少なくとも、前記外輪と前記ロータとの間に配置される第１補償部、及び、前記内輪と前記軸との間に配置される第２補償部を含み、前記第１補償部は、温度上昇と共に半径方向に熱膨張し、対応の外輪（１１）に半径方向内側への力を作用し、前記第２補償部は、温度上昇と共に半径方向に熱膨張し、対応の内輪（９）に半径方向外側へ力を作用する、ことを特徴とする。
この場合、前記の補償手段は、軸受の内輪又は外輪と、これを担持する支持部材との間に配設することが可能である。
【００１３】
上記支持部材は、スピンドルモータのベースプレート、軸、ロータ又は軸受アセンブリーであり、該補償リングはこの支持部材の適当な面に支えられることが好ましい。
【００１４】
補償リングは熱膨張係数が小さい材料、例えばセラミックス材料からなることが好ましい。温度上昇の際に補償リングは僅かしか熱膨張しないから、外輪は内輪の方向へ内側に熱膨張させられる。このことは温度変化による軸受の予圧の変化を防止する。
【００１５】
補償リングは熱膨張係数αが大きな材料、好ましくはα≧２０*１０^-6［Ｋ^-1］の材料製であるとよい。
【００１６】
補償リングは温度上昇の際に軸方向に熱膨張し、当該の内輪若しくは外輪又はこれらの双方に軸方向の力を働かせるように配設することができる。
【００１８】
単数個又は複数個の軌道輪に対する単数個又は複数個の補償リングの軸方向作用と半径方向作用の組合せも可能である。
【００１９】
本発明の別の実施形態では、補償リングが軸に直接にではなく、軸上に配設された環状保持部材に配設されるように構成されている。特に補償リングを一方の軸受輪に対して軸方向に作用させる場合に、こうして補償リングを簡単に位置決めすることができる。
【００２０】
環状保持部材は、補償リングに対して温度上昇の際に僅かしか熱膨張しない基準面をなすように、環状保持部材は熱膨張係数が小さい材料製であることが好ましい。
【００２１】
本発明によれば、補償リングを単数個の部材で構成してもよいし、複数個の部材で構成してもよい。
【００２２】
補償リング又は環状保持部材には、熱膨張係数が大きい材料としてアルミニウム、アルミニウム合金又はプラスチックを使用することができる。
【００２３】
また、補償リングには、熱膨張係数が小さい材料として鋼、鋼合金又はセラミックス材料を用いることができる。
【００２４】
軸受隙間を温度変化の前後で実質的に変化なく維持するために、軸受の内外輪の間に配設した転動体を大きな熱膨張係数αを有する材料で形成して軸受隙間の広がりに合わせるようにすることも可能である。この場合、転動体は熱膨張係数が好ましくはα≧２０*１０^-6［Ｋ^-1］の材料で製造すればよい。
【００２５】
転動体の熱膨張の効果をよく調節できるように、転動体の熱膨張係数が内外輪及びその他の軸受部品の熱膨張係数よりはるかに大きければ好都合である。
【００２６】
転動体がアルミニウム合金製であることもよく、また、表面焼入れされ又は超硬被覆をしてもよく、さらに、金属被覆プラスチックで形成してもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に幾つかの実施例に基づき図面を参照して本発明を詳述する。本発明のその他の特徴、利点及び応用が図面及びその説明により明らかである。
【００２８】
図１は発明の第１実施形態のスピンドルモータの縦断面図である。このスピンドルモータはステータ３及びその軸方向に併設されて回転できるロータ７を具備する。ステータ３はコア（積層鉄心）４とこれに巻かれたコイル２とから成り、ベースプレート１に形成された環状凹部に収容されている。
【００２９】
ロータ７は内周にヨーク６を有し、その内側に環状の永久磁石５が設けられている。ロータ７の永久磁石５とステータ３のコア４との間にエアギャップ１５が形成されている。
【００３０】
ベースプレート１に軸８が固定されている。軸８とロータ７との間に、好ましくは転がり軸受から成る軸受アセンブリー３５が配置されており、この軸受アセンブリー３５を介してロータ７が軸８に回転自在に支持されている。
【００３１】
１１は長物の外輪であり、上側の軸受（第１軸受）３６は、内輪９とこれを共軸に囲繞する外輪１１の上端部（一端部）とこれらの間に配設された転動体１０とから成る。内輪９は軸８の上端部の減径部８ａに固定され、外輪１１は後述の補償リング１６を介してロータ７に固定されている。転動体１０は好ましくは球（玉）であるが、たる形、円筒形又はその他の公知の形状のものであってもよい。また、転動体１０は温度膨張係数が小さなセラミック材製である。
【００３２】
下側の軸受（第２軸受）３７は、環状溝状の軌道１２が形成された軸８と外輪１１の他端部（下端部）とこれらの間にあって軸８の軌道１２に受けられる転動体１３（上側の転動体１０と同様のものである）から成る。これからわかる通り、軸８は下側の軸受３７の構成要素である。尤も、軸８に形成された軌道１２を他の内輪に代えることもできる。
【００３３】
また、外輪１１は一体に形成しないで、上下２つの部材に分割し、上方の部材は上側の軸受３６を、下方の部材は下側の軸受３７を保持するようにしてもよい。しかし、いずれにしても、外輪１１に対して予圧を負荷するために、組立の際に外輪１１に対して随意に位置決め可能な部材、例えば、内輪９が必ず必要である。
【００３４】
予め外輪１１を固定して動かないようにしておいて、上側の軸受３６の内輪９を例えば接着剤によって軸８の上端部の減径部８ａに固定する。この接着工程中に、この内輪９を下側の軸受３７の方へ軸方向に押して、転動体１０を介して外輪１１に所望の予圧を負荷する。
【００３５】
ところが、環境温度が上昇すれば、スピンドルモータの部品、さらには軸受部品もそれに応じて温度が上昇する。このため、軸受部品、特に、外輪１１及び内輪９が熱膨張する。以上の構造を有する従来のスピンドルモータでは、外輪１１はロータ７に圧入されているが、ロータ７はアルミニウム製であり、外輪１１は鋼製であるために、ロータ７は外輪１１よりも熱膨張係数がかなり高い。従って、環境温度が上昇するとロータ７による外輪１１の締め付けがゆるみ、軸受隙間が温度上昇前の値から程度を超えて増加する。このことが外輪１１に負荷される予圧を減少させてスピンドルモータの固有周波数に変動を生じさせるという不具合を生じさせる。
【００３６】
この不具合を解消する手段の１つとして、第１実施形態では、ロータ７と外輪１１との間に外輪１１を実質的に完全に取り囲む円筒状の補償リング（半径方向補償リング）１６を設ける。外輪１１は補償リング１６に所定の圧入力で圧入されている。補償リング１６は、ロータ７の材料であるアルミニウムよりも大きな熱膨張係数を有する例えばプラスチック材などで製造される。環境温度が上昇すれば、上側の軸受３６の内輪９及び外輪１１が熱膨張する。アルミニウム製のロータ７は鋼製の外輪１１よりも大きく熱膨張するから、補償リング１６がなければ、ロータ７による外輪１１の締め付けがゆるみ軸受隙間が温度上昇前の値よりも大幅に増加することはすぐ前に述べた通りである。
【００３７】
そこで、これを防止するために設けられた補償リング１６の機能について次に述べる。補償リング１６の熱膨張係数はロータ７の熱膨張係数よりも大きいので、補償リング１６が自由に熱膨張する時は、その外径が熱膨張したロータ７の内径よりも大きくなる。しかし、補償リング１６の外周面がロータ７の内周面に押圧しているために、温度が上昇しても補償リング１６の外径は熱膨張したロータ７の内径よりも大きくなり得ない。その代わりに、自由に熱膨張した場合に見込まれる補償リング１６の外径と熱膨張したロータ７の内径との差に対応する分（以下、「対応分」という）だけ、温度上昇後の補償リング１６の内径が温度上昇によって自由に熱膨張した場合に見込まれる内径よりも小さくなる。即ち、補償リング１６の内径が見込み内径よりも上記対応分だけ矢印１７で示すように少なくなる。従って、補償リング１６の熱膨張係数（材料）、内外径を選択して外輪１１の内径をこの対応分だけを見込み内径よりも少なくすることによって、温度の上昇があっても、外輪１１と補償リング１６との間の締め付けを所定値に保ち、軸受隙間を所望値に保ち、これによって、外輪１１に対する予圧を実質的に所定値に保つ。なお、補償リング１６は下側の軸受（第２軸受）３７にも同様に作用する。
【００３８】
小さな熱膨張係数を有する材料、例えば、セラミックス材料から成る補償リング１６を使用することも可能である。この場合、補償リング１６は軸８、転動体１３及び外輪１１から成る下側の軸受（第２軸受）３７にも同様に作用する。ここで、補償リング１６は温度上昇した場合、僅かしか熱膨張しないから、外輪１１は半径方向外側へほとんど熱膨張できず内輪９の方向へ、即ち、半径方向内側へ押し出される。これによって、温度上昇と共に軸受隙間がむしろ減少し、予圧が増加する。これは他の実施形態についても適用される。
【００３９】
図２は、補償リング（軸方向補償リング）１８を設けたスピンドルモータ用軸受アセンブリー３８の左半分の拡大縦断面図である。補償リング１８は軸８の上端部の減径部８ａとこれを囲繞する、上方の軸受（第１軸受３９）の内輪９との間に嵌装されている。補償リング１８の材質は、鋼製である内輪９よりも熱膨張係数が高い材料、例えば、アルミニウム、アルミ合金、プラスチックなどである。外輪１１は図２には示していないロータに圧入されている。その他の部分は第１実施形態と同様であるから、同一部品には同一番号を付けて示しそれらについての説明は省略する。
【００４０】
温度が上昇すると、補償リング１８がない場合には、外輪１１は内輪９より多く熱膨張するので、軸受隙間が広がる。他方、補償リング１８は温度上昇はその外径が自由に熱膨張した内輪９の内径より大きくなる。そのため、補償リング１８を用いれば、これによって内輪９が矢印１９で示すように機械的に拡径され、軸受間隔を内外輪９，１１が自由に増径した場合に生じる上記の軸受隙間を縮める。従って、補償リング１８をその熱膨張係数（材料）、直径及び厚さを適宜に選択することによって軸受隙間を所望値に保ち、これによって予圧を実質的に所定の値に保つ。なお、補償リング１８は下側の軸受（第２軸受）３７に同様に作用する。
【００４１】
図３は本発明の第３実施形態のスピンドルモータの縦断面図である。この実施形態は第１実施形態と第２実施形態を組み合わせたものである。即ち、第１形態の場合と同様の補償リング（半径方向補償リング）１６を上側の軸受（第１軸受）４１の鋼製の外輪１１とアルミニウム製ロータ７との間に第１実施形態と同様に嵌装し、第２実施形態の場合と同様の補償リング１８を上側の軸受４１に内輪９と軸８の減径部８ａとの間に第２実施形態と同様に嵌装されている。その他の部分は第１実施形態と同様であるから、同一部品には同一番号を付けて示しそれらについての説明は省略する。なお、上側の軸受４１と下側の軸受３７とは軸受アセンブリー３０を構成する。
【００４２】
補償リング１６及び１８の作用は、それぞれ、第１及び第２実施形態の説明で述べたのと同様である。即ち、補償リング１６は、外輪１１が半径方向外側へ熱膨張しようとするのをこれとは反対側に矢印３１で示すように規制し、補償リング１８は、矢印３２で示すように半径方向外側へ熱膨張して内輪９の半径方向外側への熱膨張を促す。従って、両補償リングの熱膨張係数（材料）及び内外径を調整することによって、温度上昇による軸受隙間の変化を調整し、予圧の変動を阻止することができる。
【００４３】
図４は、本発明の第４実施形態のスピンドルモータの軸受アセンブリー４０の左側半分の拡大縦断面図である。この実施形態は、別の補償リング（軸方向補償リング）２１と保持部材２０とを設けたものである。補償リング２１は上側の軸受（第１軸受）３６の内輪９と実質的に同一の内外径を有する円筒状の部材で、鋼材の内外輪９，１１よりも大きな熱膨張係数を有する、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金又はプラスチック材などの材料から製造される。この補償リング２１は内輪９の上端面（即ち、下側の軸受（第２軸受）３７と反対側の端面）に当接する。保持部材２０は、円筒状スリーブ部２０ａとその一端に形成したフランジ部２０ｂとから成る保持部材で、図中フランジ部２０ｂを上にしてスリーブ２０ａを上側の軸受３６の内輪９と軸８の減径部８ａとの間に挿入すると共に軸８に固定している。その他の部分は第１実施形態と同様であるから、同一部品には同一番号を付けて示しそれらについての説明は省略する。
【００４４】
環境温度が上昇すると、自由な状態であると、内外輪９，１１が熱膨張し、ロータ７の外輪１１に対する締め付けがゆるんで、軸受隙間も程度を越えて大きく熱膨張し、予圧が減少する。しかし、温度上昇と共に、補償リング２１は軸方向へ熱膨張するが、その上端面は保持部材２０のフランジ部２０ｂの下端面に当接しているので上方へは熱膨張が生ぜず、もっぱら下方へ熱膨張して下向きの力を内輪９に作用し、内輪９を軸８に沿って矢印２２の方向へ押圧変位する。この変位によって軸受隙間が調整され予圧が温度上昇前の値に実質的に等しくなるように補償リング２１の熱膨張係数（材料）及び厚さを選定すれば、温度上昇にも関わらず、予圧を実質的に一定に保つことができる。この構造は特にセラミックス製の転動体を使用する場合に採用される。
【００４５】
図５は本発明の第５実施形態のスピンドルモータの縦断面図である。このスピンドルモータは、上側の軸受（第１軸受）４１と下側の軸受（第２軸受）４２とから成る軸受アセンブリー４３を有する。上側の軸受４１は、軸８に、例えば、接着剤で固定された内輪２３とこれを共軸に囲繞しかつこれと実質的に同じ幅を有しロータ７に圧入された外輪２４とこれらの間に配置され上記の他の実施形態の転動体１０と同様の転動体４４から成る。この外輪２４はロータ７の内周面７ａの上端部に形成された増径穴７ｂに圧入されている。また、下側の軸受４２は、軸８に、例えば、接着剤で固定された内輪５３とこれを共軸に囲繞しかつこれと実質的に同じ幅を有する外輪４５とこれらの間に配設され上側の軸受４１の転動体４４と同様の転動体４６とから成る。この外輪４５は、ロータ７の内周面７ａの中央部から下端まで形成された増径穴７ｃに圧入されている。ロータ７はアルミニウム製である。
【００４６】
ロータ７内に、その下側の増径穴７ｃの、ロータ７の内周面７ａと増径穴７ｃとで形成される肩部４７と下側の軸受４２の外輪４５の上端面（上側の軸受４４側の端面）との間に円筒状の補償リング（軸方向補償リング）２５が設けられている。この補償リング２５は上端面が肩部４７に、下端面が下側の軸受４２の外輪４５の上側の端面に当接可能になっている。補償リング２５は、ロータ７の材料であるアルミニウムよりも熱膨張係数の大きな材料、例えば、プラスチックなどで製造する。その他の部分は第１実施形態と同様であるから、同一部品には同一番号を付けて示しそれらについての説明は省略する。
【００４７】
スピンドルモータの温度が上昇すると、すべての部品が材料特有の熱膨張係数に従って熱膨張する。これによって、補償リング２５がないと、アルミニウムから成るロータ７は鋼から成る外輪４５より大きく熱膨張するから、ロータ７と外輪４５の間の圧入によって生じた締め付けが低下し、軸受隙間が増加してしまう。
【００４８】
ところが、補償リング２５を用いると、これはロータ７よりも大きな熱膨張を行う上に、肩部４７に規制されて、補償リング２５は矢印２６で示すようにロータ７に対して下方へのみ熱膨張するので、下側の軸受４２の外輪４５を同方向へ押圧変位させる。そこで、この外輪４５の変位を軸受隙間を調整して温度上昇後の予圧減少を温度上昇前の予圧に実質的に復するように、補償リング２５の熱膨張係数（材料）及び長さを選択すれば、温度差による予圧の変動を防止することができる。
【００４９】
図６は本発明の第６実施形態のスピンドルモータの縦断面図である。この実施形態においては、ベースプレート１は中央部に円筒部４８を有し、この中に第５実施形態の場合と同構造で上側の軸受（第１軸受）４１と下側の軸受（第２軸受）４２とから成る軸受アセンブリー４３を設けている。上側の軸受４１の外輪２４はベースプレート１の円筒部４８の内周部４８ａの上方の増径孔４８ｂに、また、下側の軸受４２の外輪４５はベースプレート１の円筒部４８の内周部４８ａの中央部より下端まで形成された下方の増径孔４８ｃに圧入されている。
【００５０】
２７は円筒部４８の中央にこれと共軸に設けられた回転軸であり、その外周面に、上側の軸受（第１軸受）４１の内輪２３の内周面が、また、下側の軸受４２に内輪５３の内周面が、例えば、接着剤によって固定されている。ベースプレート１はアルミニウム製である。回転軸２７の上端部は増径軸部５１に形成され、これにアルミニウム製のロータ７がその中心穴で圧入されている。
【００５１】
円筒状の補償リング（軸方向補償リング）２８が、ベースプレート１の円筒部４８内の下側の増径孔４８ｃ内に設けられている。そして、補償リング２８は、上端がベースプレート１の円筒部４８の内周面４８ａと下側の増径穴４８ｃとで形成される肩部５２に当接し、下端面が下側の軸受４２の外輪４５の上端面（上側の軸受４４側の端面）に当接している。この補償リング２８は、ベースプレート１の材料であるアルミニウムよりも熱膨張係数の大きな材料、例えば、プラスチックなどで製造する。その他の部分は第５実施形態と同様であるから、同一部品には同一番号を付けて示しそれらについての説明は省略する。
【００５２】
補償リング２８の作用は第５実施形態の補償リング２５に極めて類似する。スピンドルモータの温度が上昇すると、すべての部品が材料特有の熱膨張係数に従って熱膨張する。アルミニウムから成るロータ７は鋼から成る外輪２４より大きく熱膨張するから、補償リング２５がないと、ベースプレート１の円筒部４８の下側の増径孔４８ｃへ外輪４８を圧入することによって生じた下側の増径孔４８ｃによる外輪４５の締め付けが低下し、軸受隙間が増加してしまう。
【００５３】
ところが、補償リング２５を用いると、これはベースプレート１よりも大きな熱膨張を行う上に、肩部５２に規制されて、補償リング２８は矢印方向２９で示すようにベースプレート１の円筒部４８に対して下方にのみ熱膨張し、下側の軸受４２の外輪４５を同方向へ押圧変位させて軸受間隔を詰めて予圧を増加させる。そこで、この外輪４５の変位量を温度上昇前の予圧に実質的に復すように補償リング２８の熱膨張係数（材料）及び長さを選択すれば、温度差による予圧の変動を防止することができる。
【００５４】
温度変化による軸受隙間を補償するために上述の種々の補償リングを使用する代わりに、転動体を用いることができる。そして、この軸受隙間の補償は、転動体の熱膨張係数（材料）及び形状（直径）を適宜選択することにより、その熱膨張を軸受隙間の熱膨張分に実質的に等しくすることによって達成できる。この場合、転動体の材料としては、鋼製の内外輪よりもかなり大きな熱膨張係数を持つことが必要であり、たとえば、アルミニウム、アルミニウム合金、プラスチックなどがある。なお、補償リング（１６；１８；２１；２５；２８）及び補償リングとして用いられる転動体を総称して補償手段と呼ぶことにする。
【００５５】
【発明の効果】
本発明は、スピンドルモータの軸受の内外輪の温度変化による熱膨張に基づく予圧変化を防止する補償手段を設けているので、温度変化による予圧の変化を阻止し、スピンドルモータの作動を安定して行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスピンドルモータの第１実施形態の縦断面図である。
【図２】本発明のスピンドルモータの第２実施形態の軸受アセンブリーの左側の縦断面図である。
【図３】本発明のスピンドルモータの第３実施形態の縦断面図である。
【図４】本発明のスピンドルモータの第４実施形態の軸受アセンブリーの左側の縦断面図である。
【図５】本発明のスピンドルモータの第５実施形態の縦断面図である。
【図６】本発明のスピンドルモータの第６実施形態の縦断面図である。
【符号の説明】
１ベースプレート
２コイル
３ステータ
４コア
５永久磁石
６ヨーク
７ロータ
７ａ内周面
７ｂ増径孔
７ｃ増径孔
８軸
８ａ減径部
９内輪
１０転動体
１１外輪
１２軌道
１３転動体
１５エアギャップ
１６補償リング
１７矢印
１８補償リング
１９矢印
２０保持部材
２０ａスリーブ部
２０ｂフランジ部
２１補償リング
２２矢印
２３内輪
２４外輪
２５補償リング
２６矢印
２７回転軸
２８補償リング
２９矢印
３０軸受アセンブリー
３１矢印
３２矢印
３５軸受アセンブリー
３６上側の軸受（第１軸受）
３７下側の軸受（第２軸受）
３８軸受アセンブリー
３９上方の軸受（第１軸受）
４０軸受アセンブリー
４１上側の軸受（第１軸受）
４２下側の軸受（第２軸受）
４３軸受アセンブリー
４４転動体
４５外輪
４６転動体
４７肩部
４８円筒部
４８ａ内周部
４８ｂ増径孔
４８ｃ増径孔
５１増径軸部
５２肩部
５３内輪

Claims

ベースプレートと、該ベースプレートに固定されたステータと、これに共軸に回転するロータと、該ステータ及び該ロータに共軸に配置された大径部及び小径部を有する軸と、該軸に支持された軸受アセンブリーとを有し、
該軸受アセンブリーは、１対の軸受を有し、
該１対の軸受の一方は該軸に共軸にかつ該軸における前記小径部に直接又は間接に固定された内輪と、該内輪を共軸に囲繞する外輪と、該内輪及び該外輪との間に配設された転動体とを含み、
他方の軸受は前記軸と該軸における前記大径部を囲繞する外輪とこの外輪と該軸との間に配列された転動体を含み、
前記一方の軸受の外輪及び前記他方の軸受の外輪は、一体的に構成されているとともに、これら一方の軸受及び他方の軸受間で共通に使用されるように構成されたスピンドルモータであって、
前記ベースプレート（１）、前記軸（８）、前記ステータ（３）、前記ロータ（７）、並びに、前記一方及び他方の軸受（３６，３７；３９，３７；４１，３７；３６，３７；４１，４２）の外輪（１１；２４，４５）、内輪（９；２３，５３）及び転動体（１０，１３；４４，４６）の互いに組になるものの少なくとも１組の間に、
所定の熱膨張係数を有し対応の外輪と内輪（１１，９；４５，５３）間又は前記他方の軸受（３７）の外輪（１１）と前記軸（８）との間の軸受隙間を熱膨張によって所望値にする補償手段（１６；１８；２１；２５；２８）を設け、
前記補償手段は、少なくとも、前記外輪と前記ロータとの間に配置される第１補償部、及び、前記内輪と前記軸との間に配置される第２補償部を含み、
前記第１補償部は、温度上昇と共に半径方向に熱膨張し、対応の外輪（１１）に半径方向内側への力を作用し、
前記第２補償部は、温度上昇と共に半径方向に熱膨張し、対応の内輪（９）に半径方向外側へ力を作用する、
ことを特徴とするスピンドルモータ。
前記補償手段（１６；１８；２１；２５；２８）の少なくとも１つが前記ベースプレート（１）、前記軸（８；２７）、前記ロータ（７）又は前記軸受アセンブリー（３０；３５；３８；４０；４３）に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
前記第１補償部は、前記外輪（１１）の大部分を囲繞するように該外輪（１１）と前記ロータ（７）との間に設けられている円筒形の補償リング（１６）であり、
前記第２補償部もまた、円筒形の補償リング（１８）であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドルモータ。
前記補償手段（２１；２５；２８）は、温度上昇と共に軸向きに熱膨張し、前記軸受アセンブリー（４０）の前記一方の軸受（３６）の前記内輪（９）を前記他方の軸受（３７）の方へ軸方向に押し、又は、前記他方の軸受（４２）の前記外輪（４５）を予圧が増加するように軸方向へ押すように配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスピンドルモータ。
前記補償手段（２１；２５；２８）は、温度上昇と共に軸向に熱膨張し、前記軸受アセンブリー（４０）の前記一方の軸受（３６）の前記内輪（９）を前記他方の軸受（３７）の方へ軸方向に押圧し、又は、前記他方の軸受（４２）の前記外輪（４５）を予圧が増加するように軸方向へ押すように配設されている前記補償手段（２１；２５；２８）と、前記外輪（１１）の大部分を囲繞するように該外輪（１１）と前記ロータ（７）との間に設けられている円筒形の補償リング（１６）とを含むことを特徴とする請求項４に記載のスピンドルモータ。
前記補償手段（１６；１８；２１；２５；２８）は、アルミニウム、アルミニウム合金又はプラスチックを含む大きな熱膨張係数を有する材料製であることを特徴とする請求項５に記載のスピンドルモータ。
前記補償リング（１６）は熱膨張係数が２０*１０^-6［Ｋ^-1］以上の材料から成ることを特徴とする請求項３又は５に記載のスピンドルモータ。
前記補償リング（１６）は、鋼、鋼合金又はセラミックスを含む小さな熱膨張係数を有する材料製であることを特徴とする請求項３又は５に記載のスピンドルモータ。
前記補償手段（２１）を予圧が減少する方向へ膨張しないように押さえるための保持部材（２０）を前記軸（８）に固定したことを特徴とする請求項５乃至８のいずれかの１に記載のスピンドルモータ。
前記補償手段（１６；１８；２１；２５；２８）は複数個の部材から成ることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかの１に記載のスピンドルモータ。
前記補償手段は前記転動体（１０，１３；４４，４６）を含むことを特徴とする請求項１に記載のスピンドルモータ。
前記転動体（１０，１３；４４，４６）は熱膨張係数が２０*１０^-6［Ｋ^-1 ］以上の材料製であることを特徴とする請求項１１に記載のスピンドルモータ。
前記軸（８）に前記他の軸受（３７）を受ける環状の軌道（１２）を形成したことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のスピンドルモータ。
前記転動体（１０，１３；４４，４６）がアルミニウム合金製であることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかの１に記載のスピンドルモータ。
前記転動体（１０，１３；４４，４６）が表面焼入れされ又は超硬被覆を有することを特徴とする請求項１４に記載のスピンドルモータ。
前記転動体（１０，１３；４４，４６）が金属被覆プラスチックで形成されていることを特徴とする請求項１１に記載のスピンドルモータ。
前記転動体（１０，１３；４４，４６）が中実であることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれかの１に記載のスピンドルモータ。