JP3975494B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明に係る軸受装置は、例えばビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）のスピンドルモータやキャプスタンモータ、レーザプリンタ（ＬＢＰ）用モータ、或はハードディスクドライブ装置（ＨＤＤ）用モータの回転支持部、或はＨＤＤのスイングアームの揺動支持部を構成する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、コンピュータの記憶装置等として使用されるＨＤＤは、フレーム等に固定されるハウジングに固定した支持軸の周囲に、本発明の対象となる軸受装置を介して、ハブを回転自在に支持している。円輪状に形成した１乃至複数枚のハードディスクは、内周縁部を上記ハブに結合支持して、このハブと共に回転する。ハードディスクにデータを記録するトラックの幅は極く狭い為、このハブは上記支持軸に、ぶれが生じない状態で、回転自在に支持する必要がある。この為従来から、上記支持軸の外周面とハブの内周面との間に設ける軸受装置として、１対の玉軸受を組み合わせ、それぞれの玉軸受を構成する転動体に予圧を付与したものを、広く使用している。
【０００３】
図５は、この様な軸受装置の１例として、特開平１−２２９１１４号公報に記載されたものを示している。この軸受装置１は、１対の玉軸受２ａ、２ｂを組み合わせて成る。これら各玉軸受２ａ、２ｂは、それぞれ１個ずつの内輪３及び外輪４ａ、４ｂと、それぞれ複数個ずつの転動体５、５とを備える。上記各内輪３、３の外周面には内輪軌道６を、上記各外輪４ａ、４ｂの内周面には外輪軌道７を、それぞれ設け、これら各内輪軌道６、６と外輪軌道７、７との間に、それぞれ複数個ずつの転動体５、５を、転動自在に設けている。尚、これら各転動体５、５は、保持器８、８により転動自在に保持している。又、上記各外輪４ａ、４ｂの内周面両端部には、それぞれシールド板９、９の外周縁部を係止し、これら各シールド板９、９の内周縁を、上記各内輪３、３の両端部外周面に近接させている。これら各シールド板９、９は、上記複数の転動体５、５を設置した部分に存在するグリース等の潤滑剤が、ハードディスクを設けた清浄空間内に飛散する事を防止する役目を有する。
【０００４】
上記１対の玉軸受２ａ、２ｂのうち、一方（図５の右方）の玉軸受２ｂを構成する外輪４ｂの幅は、内輪３の幅とほぼ等しくしている。これに対して、他方（図５の左方）の玉軸受２ａを構成する外輪４ａの幅は、内輪３の幅よりも大きくして、この外輪４ａの軸方向一端部（図５の右端部）を、上記内輪３の軸方向一端面よりも突出させている。そして、これら各外輪４ａ、４ｂの軸方向端面同士を突き当てた状態で、上記各玉軸受２ａ、２ｂの内輪３、３を支持軸１０に外嵌固定している。即ち、上記他方の玉軸受２ａを構成する内輪３を上記支持軸１０に外嵌すると共に、この内輪３の端面を、この支持軸１０の外周面に形成した外向フランジ状の鍔部１１の側面に突き当てている。又、一方の玉軸受２ｂを構成する内輪３を上記支持軸１０に外嵌すると共に、接着剤１２により、この支持軸１０に接着固定している。尚、この接着剤１２が固化するまでの間、上記玉軸受２ｂを構成する内輪３は別の内輪３に向けて（図５の左方向に）、所定の力で押圧して、上記複数の転動体５、５に所望の予圧付与を行なう。
【０００５】
上述の様に構成される軸受装置１の使用時、上記支持軸１０は、その端部に形成した雄ねじ部１３を、図示しないハウジングに形成したねじ孔に螺合する事により、このハウジングに固定する。一方、上記各外輪４ａ、４ｂは、やはり図示しないハブに内嵌固定する。この結果、このハブを上記支持軸１０に、がたつきなく、回転自在に支持できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示す様な軸受装置１の場合、周囲の温度が一定であれば、特に問題を生じない。これに対して、周囲の温度が大きく変化すると、玉軸受２ａ、２ｂの外輪４ａ、４ｂを構成する材料（軸受鋼等）とハブを構成する材料（マルテンサイト系ステンレス鋼、アルミニウム合金等）との熱膨張差に基づき、外輪４ａ、４ｂとハブとの嵌合部に、熱膨張量の差に基づく微小な歪み等が発生して、上記軸受装置１の剛性等が変化する。この結果、ＨＤＤ等、上記軸受装置１を組み込んだ機器が誤動作する原因となる可能性がある。
この様な問題は、例えばＨＤＤ、ＶＴＲ、ＬＢＰ等に組み込む小型の軸受装置の場合で、互いに嵌合したハブ等を構成する金属材と外輪等の金属材との線膨張係数の比が１．２以上（或は０．８３以下）になると無視できなくなる。
本発明の軸受装置は、この様な不都合を解消すべく発明したものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の軸受装置は、従来から知られている軸受装置と同様に、円筒形の外周面を有する軸と、この外周面と同心で円筒形の内周面を有する相手部材と、それぞれの外周面に内輪軌道を有し、それぞれ上記軸に外嵌固定した１対の内輪と、それぞれの内周面に外輪軌道を有し、それぞれ上記相手部材に内嵌固定した１対の外輪と、上記各内輪軌道と上記各外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けた転動体とを備える。
そして、上記１対の外輪を、これら両外輪の軸方向端面同士を突き合わせた状態で、これら両外輪とは熱膨張率が異なる材料により造られた上記相手部材に内嵌固定すると共に、上記両内輪を、軸方向端面同士の間に隙間を介在させた状態のまま互いに近づき合う方向に押圧して上記各転動体に所望の予圧を付与し、且つ上記両内輪を上記軸に外嵌固定する事により構成している。
特に、本発明の軸受装置に於いては、上記１対の外輪の外周面と上記相手部材の内周面とを、これら１対の外輪の突き合わせ部近傍部分でこれら両外輪の軸方向長さの半分以下の範囲内でのみ、互いに嵌合固定させている。
【０００８】
尚、上記両外輪の外周面と上記相手部材の内周面との嵌合固定部の軸方向長さ（嵌合固定部の一端から他端までの軸方向長さ）は、小さい程、熱膨張の差に基づく歪みの発生を抑える事ができる。従って、この嵌合固定部の軸方向長さは、上記１対の外輪の軸方向長さ（１対の外輪の軸方向長さの合計）の半分以下に抑える事が好ましい。又、この嵌合固定部の軸方向長さは、上記相手部材に対する上記１対の外輪の支持剛性を確保する面から規制する。この嵌合固定部の軸方向長さを小さくし過ぎると、上記相手部材に対して上記１対の外輪が揺動変位し易くなる。この様な揺動変位を抑える為には、これら両外輪を、少なくともそれぞれの軸方向長さの１／４程度（更に好ましくは１／３程度）、上記相手部材に支持する事が好ましい。そこで、上記嵌合固定部の軸方向長さとして好ましくは、上記１対の外輪の軸方向長さの１／４〜１／２程度（更に好ましくは１／３〜１／２程度）の範囲に規制する。
【０００９】
【作用】
上述の様に構成する本発明の軸受装置の場合には、１対の外輪の外周面と上記相手部材の内周面との嵌合固定部の軸方向長さが短い。従って、温度変化に基づいて、これら外輪及び相手部材の軸方向に亙る長さ寸法が、異なる長さずつ変化した場合でも、この相手部材と上記１対の外輪との嵌合部に発生する歪みを極く僅かに抑える事ができる。この結果、軸受装置の支持剛性の変化を、無視できる程度の僅少に抑えて、この軸受装置を組み込んだ各種機器の性能や耐久性に悪影響を及ぼす事をなくせる。尚、本発明は、外輪を構成する金属材と相手部材を構成する金属材との間で、線膨張係数の比が１．２以上（或は０．８３以下）となる場合に、特に有効である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態の第１例として、本発明の軸受装置１ａを、ＨＤＤ用モータに組み込んだ状態を示している。特許請求の範囲に記載した円筒形の外周面を有する軸に相当する支持軸１５は、鋼等の硬質金属により造っている。この支持軸１５の基端部（図１の下端部）は、アルミニウム合金等により円板状に形成したハウジング１６の中央部に設けた円孔１７に、締まり嵌めにより内嵌固定している。特許請求の範囲に記載した相手部材に相当するハブ１８は、やはりアルミニウム合金等により一体に造っており、互いに同心の内径側円筒部１９と外径側円筒部２０とを有する。このうち、内径側円筒部１９の内周面が、特許請求の範囲に記載した、軸の外周面と同心で円筒状の内周面に相当する。又、図示しないハードディスクは、上記外径側円筒部２０の周囲に、この外径側円筒部と同心に固定する。
【００１１】
上記支持軸１５の中間部及び先端部（図１の上端部）外周面と上記内径側円筒部１９の内周面との間には、１対の玉軸受２ｃ、２ｃを設ける事により、上記支持軸１５の周囲に上記ハブ１８を、回転自在に支持している。これら各玉軸受２ｃ、２ｃはそれぞれ、外周面に内輪軌道６を有する軸受鋼製の内輪３と、内周面に外輪軌道７を有する軸受鋼製の外輪４ｃと、それぞれが保持器８により転動自在に保持されて上記内輪軌道６と外輪軌道７との間に設けられた、軸受鋼製で複数個の転動体５、５とを備える。又、上記外輪４ｃの端部並びに中間部内周面には、それぞれシールド板９、９の外周縁部を係止し、これら各シールド板９、９の内周縁を、上記内輪３の両端部外周面に近接させている。
【００１２】
これら各玉軸受２ｃ、２ｃの構成各部材のうち、内輪３、３は、上記支持軸１５の中間部及び先端部に、締まり嵌めにより外嵌固定したり、或は外嵌した状態で接着固定している。これら両内輪３、３を支持軸１５に、締まり嵌め或は接着により外嵌固定した状態で、これら両内輪３、３の軸方向端面同士の間には隙間２１が介在する。これに対して、外輪４ｃ、４ｃの軸方向一端部には、上記各内輪３、３の軸方向端面よりも軸方向に突出する円筒状の突出部２２、２２を形成し、これら両突出部２２、２２の先端面同士を互いに突き当てている。従って、これら各外輪４ｃ、４ｃの内周面に形成した外輪軌道７、７同士の間隔が図示の状態よりも縮まる事はない。
【００１３】
この様に互いの軸方向端面同士を突き合わせた外輪４ｃ、４ｃはそれぞれ、相手部材に相当するハブ１８の内径側円筒部１９に、締まり嵌め或は接着により内嵌固定している。特に、本発明の軸受装置の場合には、上記１対の外輪４ｃ、４ｃの外周面と上記ハブ１８の内周面とを、これら１対の外輪４ｃ、４ｃの突き合わせ部近傍部分でのみ、内嵌固定している。この為に図示の例では、上記内径側円筒部１９の内周面に複数本（図示の例では３本）の突条２３、２３を、それぞれこの内周面の全周に亙って形成している。そして、上記各突出部２２、２２を、両端側の突条２３と中央の突条２３とに掛け渡す様に内嵌固定している。
【００１４】
上述の様に構成される本発明の軸受装置１ａは、上記１対の内輪３、３を、軸方向端面同士の間に隙間２１を介在させた状態のまま互いに近づき合う方向に押圧して、前記各転動体５、５に所望の予圧を付与している。この様に予圧を付与した状態で、上記ハブ１８は上記支持軸１５の周囲に、がたつきなく回転自在に支持される。尚、前記ハウジング１６の中央部で上記軸受装置１ａの周囲部分にはステータ２４を、前記外径側円筒部２０の内周面にはロータ２５を、それぞれ嵌合固定している。ＨＤＤの運転時には、上記ステータ２４に通電する事により、上記ロータ２５を固定したハブ１８を高速で回転させる。
【００１５】
上述の様に構成する本発明の軸受装置の場合には、１対の外輪４ｃ、４ｃの外周面と上記ハブ１８の内径側円筒部１９の内周面との嵌合固定部同士の距離が短い。従って、温度変化に基づいて、この内径側円筒部１９の軸方向に亙る距離が変化した場合でも、この内径側円筒部１９と上記１対の外輪４ｃ、４ｃとの嵌合部に発生する歪みを極く僅かに抑える事ができる。この結果、軸受装置１ａの支持剛性の変化を、無視できる程度の僅少に抑えて、この軸受装置１ａを組み込んだ各種機器の性能や耐久性に悪影響を及ぼす事をなくせる。
【００１６】
尚、上述の説明から明らかな通り、上記１対の外輪４ｃ、４ｃの外周面と上記内径側円筒部１９の内周面との嵌合固定部の軸方向長さＬ₀ は、小さい程、熱膨張の差に基づく歪みの発生を抑える事ができる。従って、この軸方向長さＬ₀ の上限値は、上記１対の外輪４ｃ、４ｃの軸方向長さＬ_4cの半分以下（Ｌ₀ ≦Ｌ_4c／２）に抑える事が好ましい。又、この軸方向長さＬ₀ の下限値は、上記内径側円筒部１９に対する上記１対の外輪４ｃ、４ｃの支持剛性を確保する面から規制する。この軸方向長さＬ₀ を小さくし過ぎると、上記内径側円筒部１９に対して上記１対の外輪４ｃ、４ｃが揺動変位し易くなる。この様な揺動変位を抑える為には、各外輪４ｃ、４ｃを、少なくともそれぞれの軸方向長さＬ_4cの１／４程度（更に好ましくは１／３程度）、上記内径側円筒部１９に内嵌支持する事が好ましい。そこで、好ましくは上記嵌合固定部の軸方向長さＬ₀ を、上記１対の外輪４ｃ、４ｃの軸方向長さＬ_4cの１／４〜１／２程度（更に好ましくは１／３〜１／２程度）の範囲に規制する｛Ｌ₀ ＝（１／４〜１／２）Ｌ_4cとする｝。
【００１７】
次に、図２は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合には、ハブ１８の中心部に、特許請求の範囲に記載した軸である回転軸２６の基端部（図２の上端部）を、締まり嵌めにより内嵌固定し、軸受装置１ａを構成する１対の内輪３、３を、この回転軸２６に外嵌固定している。又、本例の場合には、相手部材であるハウジング１６ａの中央部に、円筒状の支持筒部２７を形成している。そして、この支持筒部２７の中間部内周面に３本の突条２３、２３を形成すると共に、これら各突条２３、２３の内側部分に、上記軸受装置１ａを構成する外輪４ｄ、４ｄの突出部２２ｂ、２２ｂを、締まり嵌め或は接着により内嵌固定している。その他の構成は、上述した第１例の場合と同様である。そして、この様な本例の場合も、温度変化に拘らず、上記軸受装置１ａの支持剛性等があまり変化せず、この軸受装置１ａを組み込んだ各種機器の性能や耐久性に悪影響を及ぼす事がなくなる。
【００１８】
次に、図３は、本発明の実施の形態の第３例を示している。本例の場合には、１対の外輪４ｅ、４ｅの一部で突き合わせ側端部内周面に、段部２８、２８を形成している。そして、これら１対の外輪４ｅ、４ｅの端面同士を突き合わせた状態でこれら両段部２８、２８に、心合わせリング２９を、隙間なく内嵌している。上記１対の外輪４ｅ、４ｅは、この心合わせリング２９の存在に基づき、直径方向にずれる事を防止される。この様に心合わせリング２９を介して組み合わされた１対の外輪４ｅ、４ｅは、前述の図１に示した第１例の場合の様に内径側円筒部１９の内周面に、或は上述の図２に示した第２例の様に支持筒部２７の内周面に、それぞれ形成した突条２３、２３に内嵌固定して、本発明の軸受装置を構成する。
【００１９】
次に、図４は、本発明の実施の形態の第４例を示している。本例の場合も、１対の外輪４ｅ、４ｆの一部で、突き合わせ側端部内周面に段部２８を形成している。そして、これら１対の外輪４ｅ、４ｆの端面同士を突き合わせた状態でこれら両段部２８、２８に、心合わせリング２９を、隙間なく内嵌して、上記１対の外輪４ｅ、４ｆが直径方向にずれる事を防止している。この様に心合わせリング２９を介して組み合わされた１対の外輪４ｅ、４ｆは、前述の図１に示した第１例の場合の様に内径側円筒部１９の内周面に、或は上述の図２に示した第２例の様に支持筒部２７の内周面に、それぞれ形成した突条２３、２３に内嵌固定して、本発明の軸受装置を構成する。尚、本例の場合には、一方（図４の右方）の外輪４ｆの端部で、突き合わせ部と反対側端部外周面に、外向フランジ状の鍔部３０を形成している。軸受装置を構成する際には、この鍔部３０を相手部材の端面に突き当てて、この相手部材に対する上記１対の外輪４ｅ、４ｆの位置決めを図る。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の軸受装置は、以上に述べた通り構成され作用するので、温度変化に拘らず、軸受装置の剛性等の特性が変化する事がない。この結果、軸受装置を組み込んだ各種機器の性能を安定化させる事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の第１例を組み込んだＨＤＤ用モータの断面図。
【図２】 同第２例を組み込んだＨＤＤ用モータの断面図。
【図３】 同第３例の部分拡大断面図。
【図４】 同第４例の部分拡大断面図。
【図５】 従来構造の１例を示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１、１ａ 軸受装置
２ａ、２ｂ、２ｃ 玉軸受
３ 内輪
４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ 外輪
５ 転動体
６ 内輪軌道
７ 外輪軌道
８ 保持器
９ シールド板
１０ 支持軸
１１ 鍔部
１２ 接着剤
１３ 雄ねじ部
１５ 支持軸
１６、１６ａ ハウジング
１７ 円孔
１８ ハブ
１９ 内径側円筒部
２０ 外径側円筒部
２１ 隙間
２２、２２ｂ 突出部
２３ 突条
２４ ステータ
２５ ロータ
２６ 回転軸
２７ 支持筒部
２８ 段部
２９ 心合わせリング
３０ 鍔部

Claims (4)

1. 円筒形の外周面を有する軸と、この外周面と同心で円筒形の内周面を有する相手部材と、それぞれの外周面に内輪軌道を有し、それぞれ上記軸に外嵌固定した１対の内輪と、それぞれの内周面に外輪軌道を有し、それぞれ上記相手部材に内嵌固定した１対の外輪と、上記各内輪軌道と上記各外輪軌道との間にそれぞれ複数個ずつ転動自在に設けた転動体とを備え、上記１対の外輪を、これら両外輪の軸方向端面同士を突き合わせた状態で、これら両外輪とは熱膨張率が異なる材料により造られた上記相手部材に内嵌固定すると共に、上記両内輪を、軸方向端面同士の間に隙間を介在させた状態のまま互いに近づき合う方向に押圧して上記各転動体に所望の予圧を付与し、且つ上記両内輪を上記軸に外嵌固定して成る軸受装置に於いて、上記１対の外輪の外周面と上記相手部材の内周面とを、これら１対の外輪の突き合わせ部近傍部分でこれら両外輪の軸方向長さの半分以下の範囲内でのみ、互いに嵌合固定した事を特徴とする軸受装置。
2. 各外輪の軸方向一端部に各内輪の軸方向端面よりも軸方向に突出する状態で形成された円筒状の突出部の先端面同士を互いに突き当てると共に、この突出部を、相手部材の内周面に全周に亙って形成した複数本の突条に掛け渡す状態で内嵌固定している、請求項１に記載した軸受装置。
3. １対の外輪を構成する金属材と相手部材を構成する金属材との間で、線膨張係数の比が１．２以上又は０．８３以下である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した軸受装置。
4. １対の外輪の一部で突き合わせ側端部内周面に形成した段部に心合わせリングを隙間なく内嵌して、上記両外輪が直径方向にずれる事を防止した、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した軸受装置。

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