JP4460730B2 - スピンドルモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ等のオフィス−オートメーション機器やその周辺機器における回転駆動装置として好適なスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
コンピュータの周辺機器であるハードディスクドライブ装置の磁気ディスク駆動用として使用されるスピンドルモータには、図１１に示すようにベース４１上に立設された軸受筒４２内に軸受装置４３を備え、この軸受装置により支承される軸４４にロータハブ４５が固定された構造のものがあり、前記軸受装置４３は軸４４に内輪４６ａ、４７ａが取り付けられた上下２個の玉軸受４６、４７の外輪４６ｂ、４７ｂまわりにスリーブ４８を嵌め、このスリーブ４８を前記軸受筒４２内に嵌合固定してあって、下側の玉軸受４７の内輪４７ａに下方から適正な予圧を付与し、ボール４９ａ、４９ｂが内外輪と適正な圧力で接触している状態で内輪４７ａを軸４４へ接着剤等により固定してある。
なお、同図中の符号５０は上下の外輪４６ｂ、４７ｂ間に設けたスペーサを示す。
【０００３】
モータの駆動によって温度が上昇すると、モータの各構成部材はそれぞれ異なる寸法で膨張し、玉軸受４６、４７における径方向の膨張量の大小関係は、外輪＞内輪＞ボールとなる。
【０００４】
したがって、モータの温度が上昇すると内外輪間の間隔が広がるが、ボールは内外輪に比して膨張量が小であるので、内外輪からボールに掛かる圧力が小、すなわち予圧が小となってモータ回転時の固有振動周波数が変化し、モータを組み付けた機器の他の構成部材との共振を生じることがある。
【０００５】
例えば上述した従来のモータをハードディスクドライブ装置の駆動装置として使用した場合には、例えばスイングアームやケーシング等の他の構成部材と共振して装置の振動に起因するデータの書き込みや読み出し精度の低下を来したり、振動による騒音で装置の静粛性が損なわれるおそれがある。
【０００６】
また、内外輪の膨張量の差がさらに大であるとボールと内外輪との間に隙間が生じ、ロータハブの回転振れや、この回転振れによる磁気ディスクの面振れが生じ、ハードディスクドライブ装置の信頼性低下の原因となる。
【０００７】
特に、通常鉄系の素材が使用されるボールに、耐久性の向上を目的としてセラミック製のものを使用すると、セラミック製ボールの膨張量は鉄系の素材よりなる内外輪よりもさらに小であるので、上述した温度上昇による問題はさらに深刻なものとなる。
【０００８】
【目的】
本発明の目的とするところは、温度上昇によってモータの構成部材が膨張しても、常に内外輪がボールへ適正な加圧力で接触し、温度変化にともなう固有振動周波数の変化や回転振れが生じにくくて回転精度の高いスピンドルモータを提供することにある。
【０００９】
【本発明の構成】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るスピンドルモータは、軸と、この軸を囲むスリーブ間に上下２列のボール列を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下のボール列間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１０】
本発明の請求項２に係るスピンドルモータは、軸と、この軸を囲むスリーブ間にそれぞれ内外輪間にボールが配設された上下２列の玉軸受を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外輪間にスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１１】
本発明の請求項３に係るスピンドルモータは、大径軸部と小径軸部を有する二段軸を囲むスリーブの内周面に上下２列の平行な外周転動溝を有し、前記二段軸の大径軸部外周に直接形成した内周転動溝と前記スリーブの内周面における上側の外周転動溝との間に上側列用のボールが配設され、前記二段軸の小径軸部に嵌めた内輪の内周転動溝と前記スリーブ内周面における下側の外周転動溝との間に下側列用のボールが配設されてなる複合軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸の大径軸部側にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外周転動溝間にスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１２】
本発明の請求項４に係るスピンドルモータは、軸と、この軸を囲むスリーブ間に上下２列のボール列を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下のボール列間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１３】
本発明の請求項５に係るスピンドルモータは、軸と、この軸を囲むスリーブ間にそれぞれ内外輪間にボールが配設された上下２列の玉軸受を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外輪間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１４】
本発明の請求項６に係るスピンドルモータは、大径軸部と小径軸部を有する二段軸を囲むスリーブの内周面に上下２列の平行な外周転動溝を有し、前記二段軸の大径軸部外周に直接形成した内周転動溝と前記スリーブの内周面における上側の外周転動溝との間に上側列用のボールが配設され、前記二段軸の小径軸部に嵌めた内輪の内周転動溝と前記スリーブ内周面における下側の外周転動溝との間に下側列用のボールが配設されてなる複合軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸の大径軸部側にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外周転動溝間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１５】
本発明の請求項７に係るスピンドルモータは、請求項２、５に記載のスピンドルモータにおいて、前記スリーブの内周面における前記各玉軸受の外輪に当接する位置に、外輪の内周面に形成された外周転動溝の軸方向の幅と略同じ幅の周溝を形成してなる構成のものとしてある。
【００１６】
本発明の請求項８に係るスピンドルモータは、請求項３、６に記載のスピンドルモータにおいて、前記内輪の外径と前記二段軸の大径軸部の外径が同径で、かつ上側列用と下側列用のボールを同径のもので構成したものとしてある。
【００１７】
本発明の請求項９に係るスピンドルモータは、請求項１乃至６に記載のスピンドルモータにおいて、前記軸とロータハブを同一材にて一体に形成してなる構成のものとしてある。
【００１８】
本発明の請求項１０に係るスピンドルモータは、請求項１乃至６のスピンドルモータにおいて、前記ボールをセラミック製ボールで構成したものとしてある。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係るスピンドルモータの実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
＜第１実施例＞
本発明に係る第１実施例のスピンドルモータは、図１、２に示すように、ベース１と一体形成された軸受筒２の縦孔３内に、軸受装置４を介して軸５が回転可能に支承され、この軸５の上端部に回転部材たるロータハブ６の中央縦孔６ａが嵌合、接着されている。
【００２１】
ロータハブ６はその外周下向きフランジ６ｂの内周面に磁石７を備え、前記磁石７の内周面には、前記軸受筒２の外周に取り付けられたステータ８の外周面が相対している。
【００２２】
前記軸受装置４は、スリーブ９内に上下２列の玉軸受１０、１１を備え、これら上下の玉軸受はそれぞれ内外輪１０ａ、１０ｂ間と１１ａ、１１ｂ間にセラミック製のボール１２ａ、１２ｂが配設されており、上下の外輪１０ｂ、１１ｂ間にはスペーサ１３を介在せしめてある。
なお、スリーブの素材には例えばステンレス鋼やセラミックあるいは合成樹脂を使用し、玉軸受の内外輪には例えば軸受鋼を使用する。
【００２３】
しかして、前記軸受筒２の中央縦孔３は、内周面における上下の大内径部間に厚肉の小内径部３ａを有していて、上下の大内径部はともに内径が前記スリーブ９の外径よりも大であるか、あるいはほぼ等しいものとしてある。
【００２４】
前記小内径部３ａの内径は前記スリーブ９の外径よりも小径としてあって、スリーブは小内径部３ａによって外側から径の中心方向に押圧されていて、この押圧力により、スリーブ内面における上下の玉軸受１０、１１の外輪１０ｂ、１１ｂ間に、スリーブの弾性変形によって内方へ突出する縮径部９ａが形成されている。
【００２５】
前記スリーブ９は、軸受筒２内に組み付けられる前においてはストレートな筒状のものとしてあるが、軸受筒２内に取り付けられると、軸受筒２の小内径部３ａによって前記縮径部９ａが形成され、スリーブ９は縮径部９ａの上下部分が縮径部側へ引き寄せられてスリーブ９の軸方向の長さが小となる。
なお、小内径部３ａの内径はスリーブ９および軸受筒２の材質や使用時における限界温度上昇の値に基づいて決定し、スリーブ９に形成される縮径部９ａの変形量がスリーブ素材の弾性限界内となる程度のものとする。
【００２６】
また、スリーブ９の内周面には上下２列の平行な内周溝１４、１４を形成してあり、これらの周溝は上下の玉軸受の各外輪１０ｂ、１１ｂに当接する位置に形成されていて、各周溝の軸方向の幅は各外輪の外周転動溝の幅と同程度としてある。
なお、図中の符号８ａはステータの鉄心、８ｂはステータの通電用コイル、１５は玉軸受のシール板、１６はボールリテーナ、１７は軸受装置のカバーを示す。
【００２７】
上述のように構成したスピンドルモータにおいては、前記軸受装置４を軸受筒２の縦孔３内に組み付ける前に上側の玉軸受１０の内輪１０ａを軸に固定するが、下側の玉軸受１１の内輪１１ａは軸５に固定せず、スライド可能な状態にしておく。そしてスリーブ９を軸受筒内に、また軸５にロータハブ６を取り付けた後、下側の玉軸受１１の内輪１１ａに適正な予圧を付与し、この状態で同内輪１１ａを軸５へ接着等によって固定する。
【００２８】
次ぎに、上述のように構成したスピンドルモータの作用について説明する。
ステータ８のコイル８ｂにモータ駆動用の電力が供給されることにより、ロータハブ６が軸まわりに回転駆動する。
【００２９】
スピンドルモータの駆動によって温度が上昇するとモータの各構成部材はいずれも熱膨張し、玉軸受１０、１１においては内輪１０ａ、１１ａの外径よりも外輪１０ｂ、１１ｂの内径の方が膨張量が大で、各玉軸受の内外輪の転動溝間の間隔Ｄ1 が大となり、しかもボール１２ａ、１２ｂの直径Ｒの膨張量が内外輪の膨張量に比して小であるので、ボールへの加圧接触力が小、すなわち予圧が小となるように変形する。
【００３０】
一方、軸受筒２の縦孔３の内径Ｄ2 はスリーブ９の外径よりも膨張量が大であるから、温度が上昇すると軸受筒２の小内径部３ａによるスリーブ９への押圧量が減少し、スリーブの弾性復元力によってスリーブがストレートな円筒状に戻ろうとして縮径部９ａの内方突出量が減少するとともに、スリーブ９自体の軸方向の膨張によってスリーブは軸方向へ伸長し、したがって玉軸受の外輪１０ｂ、１１ｂ間の軸方向の間隔が拡げられて各外輪の外周転動溝間の間隔Ｄ3 が大となり、内外輪からのボールへの加圧接触力、すなわち予圧が大となるように変形する。
【００３１】
したがって、各玉軸受の内外輪の転動溝間の間隔Ｄ1 が大となることに起因するボールへの予圧の減少は、上下の外輪における外周転動溝間の軸方向の間隔Ｄ3 が大となることによるボールへの予圧の増加と相殺され、温度が上昇してもボールへの適正な予圧が維持される。
【００３２】
また、スリーブ９の内周面に内周溝１４、１４を形成してあるので、スリーブが軸受筒２の小内径部３ａによって外側から押圧されても、外輪１０ｂ、１１ｂの各外周転動溝には過大な圧力が掛からず、しかも外周転動溝が加圧されることによる変形も防止される。
【００３３】
したがって、外輪は常に適正な加圧力でボールに接触するとともに、外輪の外周転動溝が変形することに起因する非同期の回転振れ(NRRO)が防止される。
【００３４】
＜第２実施例＞
上述した第１実施例のスピンドルモータにおいては、軸５とロータハブ６を別部材で構成してあるが、図３に示す第２実施例のもののように軸とロータハブとを同一材にて一体に構成する場合もある。
【００３５】
この第２実施例のものにおいては、部品点数が小となるとともに、スピンドルモータを組み立てる際に軸５とロータハブ６とを組み付ける必要がなく、したがってロータハブと軸との組み付けの際における軸の芯出し等の調節が不要であり、モータの組み立て工数を低減できるというメリットがある。
なお、この第２実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第１実施例のものと同じである。
【００３６】
＜第３実施例＞
図４に示す第３実施例のスピンドルモータは、ロータハブ６を支承する軸受装置を独特な構造の複合軸受装置２０で構成してあり、その具体的な構造を以下に説明する。
【００３７】
同図において、符号２１は大径軸部２１ａと小径軸部２１ｂとを有する二段軸を示し、２２は二段軸を囲むスリーブを示している。
前記二段軸の大径軸部２１ａの外周には上側列用の内周転動溝２３ａを直接形成してあり、また、小径軸部２１ｂには下側列用の内周転動溝２３ｂが形成された内輪２４を取り付けてある。
【００３８】
前記スリーブ２２の内周面には互いに平行な２列の外周転動溝２５ａ、２５ｂを直接形成してあってスリーブ２２は２列の外輪を兼用しており、上側列用の外周転動溝２５ａと前記二段軸の大径軸部２１ａの内周転動溝２３ａとの間に上側列用のボール２６ａを配設してあるとともに、スリーブ２２の下側の外周転動溝２５ｂと前記内輪の内周転動溝２３ｂとの間に下側列用のボール２６ｂを配設してある。
【００３９】
前記ボール２６ａと２６ｂは例えばセラミック製のものとしてあり、前記内輪２４の外径と二段軸の大径軸部２１ａの外径を同径として上下列のボールは全て同径としてある。
【００４０】
この第３実施例のスピンドルモータでは、軸受装置に上述した構造の複合軸受装置を使用しているので、内外輪よりなる玉軸受を必要とせず、しかもスリーブ２２が２列の外輪を兼用しているので、部品点数が少なくて済むとともに、玉軸受の内輪の厚さと外輪の厚さの和に相当する分だけ大径軸部２１ａの半径を大にすることができ、また小径軸部２１ｂの径も玉軸受の外輪を必要としない分だけ大径にでき、二段軸２１は全体に太くすることができる。
【００４１】
したがって二段軸２１は剛性が大で耐久性に優れ、かつ回転振れを極力抑えて、静粛性に優れたものとすることができる。
なお、この第３実施例のスピンドルモータは上述した軸受装置以外の構成については第１実施例のものと同じである。
【００４２】
しかして、この第３実施例のスピンドルモータを組み立てる際には、内輪２４を二段軸２１の小径軸部２１ｂにスライド可能に嵌め、スリーブ２２および２列のボール２６ａ、２６ｂを二段軸まわりに組み付け、軸受筒２の縦孔３内における小内径部３ａがスリーブ２２の外周における軸方向のほぼ中央部に当接するようにスリーブ２２を軸受筒の縦孔に嵌入せしめて固定する。
【００４３】
この際、スリーブの内面における上下の外周転動溝２５ａ、２５ｂ間に、軸受筒２の小内径部３ａにて径の中心方向へ押圧変形された縮径部２２ａが形成され、スリーブにおける縮径部２２ａの上下部分が縮径部側へ引き寄せられてスリーブ２２の軸方向の長さが小となり、外周転動溝２５ａ、２５ｂ間の距離が小となる。
【００４４】
なお、小内径部３ａの内径は第１実施例のものと同様にスリーブ２２および軸受筒２の材質や使用時における限界温度上昇の値に基づいて決定し、スリーブ２２に形成される縮径部２２ａの変形量がスリーブ素材の弾性限界内となる程度のものとする。
【００４５】
その後、内輪２４の下端面から適正な予圧を付与した状態で内輪２４を小径軸部２１ｂに接着等により固定する。
【００４６】
この第３実施例のものにおいても、スピンドルモータの駆動によって温度が上昇するとモータの各構成部材はいずれも熱膨張し、二段軸２１および内輪２４の外径よりもスリーブ２２の内径の方が膨張量が大であり、かつボール２６ａ、２６ｂの膨張量が二段軸や内輪に比して小であるので、二段軸、内輪とスリーブとの間の距離が大、すなわちボールへの予圧が小となるように変形する。
【００４７】
一方、軸受筒２における縦孔３の内径はスリーブ２２の外径よりも膨張量が大であるから小内径部３ａによるスリーブ２２への押圧量が減少し、スリーブはその弾性復元力によってストレートな円筒状に戻ろうとするとともにスリーブ自体の軸方向の膨張により軸方向へ伸長し、したがってスリーブ２２の外周転動溝２５ａ、２５ｂ間の軸方向の距離が大となり、各列における対向する内外の転動溝間の間隔が小、すなわちボールへの予圧が大となるように変形する。
【００４８】
したがって、二段軸および内輪とスリーブ間の間隔が大となることに起因するボールへの予圧の減少は、外周転動溝間の間隔が大となることによるボールへの予圧の増加と相殺され、温度が上昇しても適正な予圧が維持される。
【００４９】
＜第４実施例＞
上述した第３実施例のスピンドルモータにおいては、二段軸２１とロータハブ６を別部材で構成してあるが、図５に示す第４実施例のもののように軸とロータハブとを同一材にて一体に構成する場合もある。
【００５０】
この第４実施例のものにおいても前述した第２実施例のものと同様に、部品点数が小となるとともに、スピンドルモータを組み立てる際に軸２１とロータハブ６とを組み付ける必要がなく、したがってロータハブと軸との組み付けの際における軸の芯出し等の調節が不要であり、モータの組み立て工数を低減できるというメリットがある。
なお、この第４実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第３実施例のものと同じである。
【００５１】
上述した第１乃至第４実施例のスピンドルモータにおいては、軸受筒２の縦孔３内に形成した小内径部３ａにてスリーブ９、２２を内方へ押圧する構成としてあるが、軸受筒２は縦孔内面に段差のないストレートなものとし、スリーブそのものに後述する縮径リング２７を嵌めてスリーブを変形せしめる場合もあり、以下にその具体例を第５乃至第８実施例として説明する。
【００５２】
＜第５実施例＞
図６に示す第５実施例のスピンドルモータにおいては、スリーブ２８の外周面に外周溝２９を形成してあって、この外周溝２９内に例えばセラミック製の縮径リング２７を圧嵌してある。
【００５３】
前記外周溝２９はスリーブ内における上下の外輪１０ｂ、１１ｂ間の軸方向ほぼ中央に形成され、縮径リング２７の外周がスリーブの外径よりも小となるように外周溝の深さを設定してある。
【００５４】
また、縮径リング２７は内径がスリーブの外周溝の外径よりも小なるものとしてあってスリーブの外周溝２９内に圧嵌してあり、この縮径リングには図７に示すように円周に欠環部２７ａを有するＣリングを使用することにより、組み付け作業を容易に行うことができる。
【００５５】
この実施例のものにおいても第１実施例のものと同様に、スリーブ２８は縮径リング２７が組み付けられる前においてはストレートな筒状のものとしてあるが、縮径リングが圧嵌されるとスリーブの内面には玉軸受の外輪１０ｂ、１１ｂ間に内方へ突出する縮径部３０が形成され、スリーブ２８は縮径部３０の上下部分が縮径部側へ引き寄せられてスリーブ２８の軸方向の長さが小となる。
【００５６】
前記縮径リング２７の内径はスリーブ２８およびの材質や使用時における限界温度上昇の値に基づいて決定し、スリーブ２８に形成される縮径部３０の変形量がスリーブ素材の弾性限界内となる程度のものとする。
なお、本実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第１実施例のものと同じである。
【００５７】
しかして、スピンドルモータの駆動によって温度が上昇するとモータの各構成部材はいずれも熱膨張し、玉軸受１０、１１においては内輪１０ａ、１１ａの外径よりも外輪１０ｂ、１１ｂの内径の方が膨張量が大で、各玉軸受の内外輪の転動溝間の間隔が大となり、しかもボール１２ａ、１２ｂの直径の膨張量が内外輪の膨張量に比して小であるので、ボールへの加圧接触力が小、すなわち予圧が小となるように変形する。
【００５８】
一方、温度の上昇に伴って縮径リング２７の内径も大となり、縮径リング２７によるスリーブ２８への押圧量が減少し、スリーブの弾性復元力によってスリーブがストレートな円筒状に戻ろうとして縮径部３０の内方突出量が減少するとともにスリーブ自体の軸方向の膨張によりスリーブは軸方向へ伸長し、したがって玉軸受の外輪１０ｂ、１１ｂ間の軸方向の間隔が拡げられ、各外輪の外周転動溝間の間隔が大となり、内外輪からのボールへの加圧接触力、すなわち予圧が大となるように変形する。
【００５９】
したがって、内外輪の転動溝間の間隔が大となることに起因するボールへの予圧の減少は、上下の外輪における外周転動溝間の軸方向の間隔が大となることによるボールへの予圧の増加と相殺され、温度が上昇してもボールへの適正な予圧が維持される。
【００６０】
＜第６実施例＞
上述した第５実施例のスピンドルモータにおいては、軸５とロータハブ６を別部材で構成してあるが、図８に示す第６実施例のもののように軸とロータハブとを同一材にて一体に構成する場合もある。
【００６１】
この第６実施例のものにおいても、第２実施例のものと同様に部品点数が小となるとともに、スピンドルモータを組み立てる際に軸５とロータハブ６とを組み付ける必要がなく、したがってロータハブと軸との組み付けの際における軸の芯出し等の調節が不要であり、モータの組み立て工数を低減できるというメリットがある。
なお、この第６実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第５実施例のものと同じである。
【００６２】
＜第７実施例＞
図９に示す第７実施例のスピンドルモータは、前述した第３実施例のものと同様にロータハブ６を支承する軸受装置を独特な構造の複合軸受装置２０で構成してある。
【００６３】
すなわち、複合軸受装置２０は大径軸部２１ａと小径軸部２１ｂとを有する二段軸２１と、この二段軸を囲むスリーブ３１を備え、二段軸の大径軸部２１ａの外周には上側列用の内周転動溝２３ａを直接形成してあり、また、小径軸部２１ｂには下側列用の内周転動溝２３ｂが形成された内輪２４を取り付けてある。
【００６４】
前記スリーブ３１の内周面には互いに平行な２列の外周転動溝２５ａ、２５ｂを直接形成してあってスリーブ２２は２列の外輪を兼用しており、上側列用の外周転動溝２５ａと前記二段軸の大径軸部２１ａの内周転動溝２３ａとの間に上側列用のボール２６ａを配設してあるとともに、スリーブ３１の下側の外周転動溝２５ｂと前記内輪の内周転動溝２３ｂとの間に下側列用のボール２６ｂを配設してある。
【００６５】
また、前記ボール２６ａと２６ｂは例えばセラミック製のものとしてあり、前記内輪２４の外径と二段軸の大径軸部２１ａの外径を同径として上下列のボールは全て同径としてある。
【００６６】
しかして、前記スリーブ３１の外周にも前述した第５実施例におけるスリーブ２８と同様に、外周面に外周溝３２を形成してあって、この外周溝３２内に例えばセラミック製の縮径リング２７を圧嵌してある。
【００６７】
前記外周溝３２はスリーブ内における上下の外周転動溝２５ａ、２５ｂ間の軸方向ほぼ中央に形成され、縮径リング２７の外周がスリーブの外径よりも小となるように外周溝の深さを設定してある。
【００６８】
この実施例のものにおいても第５実施例のものと同様に、スリーブ３１は縮径リング２７が組み付けられる前においてはストレートな筒状のものとしてあるが、縮径リングが圧嵌されるとスリーブの内面には外周転動溝２５ａ、２５ｂ間に内方へ突出する縮径部３３が形成され、スリーブ３１は縮径部３３の上下部分が縮径部側へ引き寄せられてスリーブ３１の軸方向の長さが小となる。
【００６９】
なお、本実施例においても縮径リング２７の内径はスリーブ３１およびの材質や使用時における限界温度上昇の値に基づいて決定し、スリーブ３１に形成される縮径部３３の変形量がスリーブ素材の弾性限界内となる程度のものとする。
【００７０】
この第７実施例のスピンドルモータにおいても前述した第３実施例のものと同様に、軸受装置に上述した構造の複合軸受装置を使用しているので、内外輪よりなる玉軸受を必要とせず、しかもスリーブ３１が２列の外輪を兼用しているので、部品点数が少なくて済むとともに、玉軸受の内輪の厚さと外輪の厚さの和に相当する分だけ大径軸部２１ａの半径を大にすることができ、また小径軸部２１ｂの径も玉軸受の外輪を必要としない分だけ大径にでき、二段軸２１は全体に太くすることができる。
【００７１】
したがって二段軸２１は剛性が大で耐久性に優れ、かつ回転振れを極力抑えて、静粛性に優れたものとすることができる。
なお、この第７実施例のスピンドルモータは上述した軸受装置以外の構成については第５実施例のものと同じである。
【００７２】
この第７実施例のものにおいても、スピンドルモータの駆動によって温度が上昇するとモータの各構成部材はいずれも熱膨張し、二段軸２１および内輪２４の外径よりもスリーブ３１の内径の方が膨張量が大であり、かつボール２６ａ、２６ｂの膨張量が二段軸や内輪に比して小であるので、二段軸、内輪とスリーブとの間の距離が大、すなわちボールへの予圧が小となるように変形する。
【００７３】
一方、温度の上昇に伴って縮径リング２７の内径も大となり、縮径リング２７によるスリーブ３１への押圧量が減少し、スリーブの弾性復元力によってスリーブがストレートな円筒状に戻ろうとして縮径部３３の内方突出量が減少するとともにスリーブ自体の軸方向の膨張によりスリーブは軸方向へ伸長し、したがって上下の外周転動溝２５ａ、２５ｂ間の軸方向の距離が大となり、各ボール列における対向する内外の転動溝間の間隔が小、すなわちボールへの予圧が大となるように変形する。
【００７４】
したがって、二段軸および内輪とスリーブ間の間隔が大となることに起因するボールへの予圧の減少は、上下の外周転動溝間の間隔が大となることによるボールへの予圧の増加と相殺され、温度が上昇しても適正な予圧が維持される。
【００７５】
＜第８実施例＞
上述した第７実施例のスピンドルモータにおいては、二段軸２１とロータハブ６を別部材で構成してあるが、図１０に示す第８実施例のもののように軸とロータハブとを同一材にて一体に構成する場合もある。
【００７６】
この第８実施例のものにおいても前述した第４実施例のものと同様に、部品点数が小となるとともに、スピンドルモータを組み立てる際に軸２１とロータハブ６とを組み付ける必要がなく、したがってロータハブと軸との組み付けの際における軸の芯出し等の調節が不要であり、モータの組み立て工数を低減できるというメリットがある。
なお、この第８実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第７実施例のものと同じである。
【００７７】
上述した第１乃至第８実施例においてはボールにセラミック製のものを使用して耐久性の大なるものとしてあるが、鋼製やその他の素材よりなるボールを使用する場合もある。
【００７８】
【本発明の作用、効果】
本発明に係るスピンドルモータは上述した構成のものとしてあるので、次ぎの作用効果を奏し得る。
【００７９】
軸受筒の縦孔内面に形成した小内径部またはスリーブの外周溝に嵌めた縮径リングにより、外輪を囲むスリーブまたは外輪兼用のスリーブの上下の外周転動溝間を内方に押圧してスリーブに縮径部を形成してあるので、モータの駆動にともなう温度上昇により、モータの構成部材が膨張して内外の転動溝間の間隔が大となっても前記スリーブがその弾性復元力およびスリーブ自体の軸方向の膨張にて伸長することにより、上下の外周転動溝間の間隔が広げられて内外の転動溝からボールへの加圧接触力、すなわちボールへの予圧が所定の値に維持される。
【００８０】
したがって、モータの温度が上昇しても常に安定した回転精度を維持することができ、固有振動周波数の変動が極力防止されて回転振れの発生や回転振れにともなう回転騒音の発生の低減を期すことができる。
【００８１】
また、上下２列の玉軸受を有する軸受装置を備え、スリーブの内周面に周溝を形成したものでは、スリーブやロータハブが温度変化によって変形して外輪の転動溝からボールの方向に過大な押圧力が生じても、周溝によってボールへの押圧力が分散されるので、ボールへ過大な圧力が掛かったり、あるいは外輪の外周転動溝が変形するようなおそれが殆どなく、振れの少ない安定した回転を維持することができる。
【００８２】
さらに、ボールをセラミック製ボールとしたものでは、ボールの耐久性が鋼製のものに比して大であり、長寿命のスピンドルモータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスピンドルモータの第１実施例を示す縦断面図。
【図２】図１の要部を拡大して示す縦断面図。
【図３】本発明に係るスピンドルモータの第２実施例を示す縦断面図。
【図４】本発明に係るスピンドルモータの第３実施例を示す縦断面図。
【図５】本発明に係るスピンドルモータの第４実施例を示す縦断面図。
【図６】本発明に係るスピンドルモータの第５実施例を示す縦断面図。
【図７】縮径リングの平面図。
【図８】本発明に係るスピンドルモータの第６実施例を示す縦断面図。
【図９】本発明に係るスピンドルモータの第７実施例を示す縦断面図。
【図１０】本発明に係るスピンドルモータの第８実施例を示す縦断面図。
【図１１】従来のスピンドルモータの一例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１ ベース ２ 軸受筒
３ 軸受筒の縦孔 ３ａ 小内径部
４ 軸受装置 ５ 軸
６ ロータハブ ７ 磁石
８ ステータ ９ スリーブ
１０、１１ 玉軸受 １２ａ、１２ｂ ボール
１３ スペーサ １４ スリーブの内周溝
１５ シール板 １６ ボールリテーナ
１７ カバー
２０ 複合軸受装置 ２１ 二段軸
２２ スリーブ ２２ａ 縮径部
２３ａ、２３ｂ 内周転動溝 ２４ 内輪
２５ａ、２５ｂ 外周転動溝 ２６ａ、２６ｂ ボール
２７ 縮径リング ２８ スリーブ
２９ スリーブの外周溝 ３０ スリーブの縮径部
３１ スリーブ ３２ スリーブの外周溝
３３ スリーブの縮径部
【発明の属する技術分野】
本発明はコンピュータ等のオフィス−オートメーション機器やその周辺機器における回転駆動装置として好適なスピンドルモータに関する。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
コンピュータの周辺機器であるハードディスクドライブ装置の磁気ディスク駆動用として使用されるスピンドルモータには、図１１に示すようにベース４１上に立設された軸受筒４２内に軸受装置４３を備え、この軸受装置により支承される軸４４にロータハブ４５が固定された構造のものがあり、前記軸受装置４３は軸４４に内輪４６ａ、４７ａが取り付けられた上下２個の玉軸受４６、４７の外輪４６ｂ、４７ｂまわりにスリーブ４８を嵌め、このスリーブ４８を前記軸受筒４２内に嵌合固定してあって、下側の玉軸受４７の内輪４７ａに下方から適正な予圧を付与し、ボール４９ａ、４９ｂが内外輪と適正な圧力で接触している状態で内輪４７ａを軸４４へ接着剤等により固定してある。
なお、同図中の符号５０は上下の外輪４６ｂ、４７ｂ間に設けたスペーサを示す。
【０００３】
モータの駆動によって温度が上昇すると、モータの各構成部材はそれぞれ異なる寸法で膨張し、玉軸受４６、４７における径方向の膨張量の大小関係は、外輪＞内輪＞ボールとなる。
【０００４】
したがって、モータの温度が上昇すると内外輪間の間隔が広がるが、ボールは内外輪に比して膨張量が小であるので、内外輪からボールに掛かる圧力が小、すなわち予圧が小となってモータ回転時の固有振動周波数が変化し、モータを組み付けた機器の他の構成部材との共振を生じることがある。
【０００５】
例えば上述した従来のモータをハードディスクドライブ装置の駆動装置として使用した場合には、例えばスイングアームやケーシング等の他の構成部材と共振して装置の振動に起因するデータの書き込みや読み出し精度の低下を来したり、振動による騒音で装置の静粛性が損なわれるおそれがある。
【０００６】
また、内外輪の膨張量の差がさらに大であるとボールと内外輪との間に隙間が生じ、ロータハブの回転振れや、この回転振れによる磁気ディスクの面振れが生じ、ハードディスクドライブ装置の信頼性低下の原因となる。
【０００７】
特に、通常鉄系の素材が使用されるボールに、耐久性の向上を目的としてセラミック製のものを使用すると、セラミック製ボールの膨張量は鉄系の素材よりなる内外輪よりもさらに小であるので、上述した温度上昇による問題はさらに深刻なものとなる。
【０００８】
【目的】
本発明の目的とするところは、温度上昇によってモータの構成部材が膨張しても、常に内外輪がボールへ適正な加圧力で接触し、温度変化にともなう固有振動周波数の変化や回転振れが生じにくくて回転精度の高いスピンドルモータを提供することにある。
【０００９】
【本発明の構成】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係るスピンドルモータは、軸と、この軸を囲むスリーブ間に上下２列のボール列を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下のボール列間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１０】
本発明の請求項２に係るスピンドルモータは、軸と、この軸を囲むスリーブ間にそれぞれ内外輪間にボールが配設された上下２列の玉軸受を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外輪間にスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１１】
本発明の請求項３に係るスピンドルモータは、大径軸部と小径軸部を有する二段軸を囲むスリーブの内周面に上下２列の平行な外周転動溝を有し、前記二段軸の大径軸部外周に直接形成した内周転動溝と前記スリーブの内周面における上側の外周転動溝との間に上側列用のボールが配設され、前記二段軸の小径軸部に嵌めた内輪の内周転動溝と前記スリーブ内周面における下側の外周転動溝との間に下側列用のボールが配設されてなる複合軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸の大径軸部側にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外周転動溝間にスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１２】
本発明の請求項４に係るスピンドルモータは、軸と、この軸を囲むスリーブ間に上下２列のボール列を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下のボール列間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１３】
本発明の請求項５に係るスピンドルモータは、軸と、この軸を囲むスリーブ間にそれぞれ内外輪間にボールが配設された上下２列の玉軸受を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外輪間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１４】
本発明の請求項６に係るスピンドルモータは、大径軸部と小径軸部を有する二段軸を囲むスリーブの内周面に上下２列の平行な外周転動溝を有し、前記二段軸の大径軸部外周に直接形成した内周転動溝と前記スリーブの内周面における上側の外周転動溝との間に上側列用のボールが配設され、前記二段軸の小径軸部に嵌めた内輪の内周転動溝と前記スリーブ内周面における下側の外周転動溝との間に下側列用のボールが配設されてなる複合軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸の大径軸部側にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外周転動溝間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなる構成のものとしてある。
【００１５】
本発明の請求項７に係るスピンドルモータは、請求項２、５に記載のスピンドルモータにおいて、前記スリーブの内周面における前記各玉軸受の外輪に当接する位置に、外輪の内周面に形成された外周転動溝の軸方向の幅と略同じ幅の周溝を形成してなる構成のものとしてある。
【００１６】
本発明の請求項８に係るスピンドルモータは、請求項３、６に記載のスピンドルモータにおいて、前記内輪の外径と前記二段軸の大径軸部の外径が同径で、かつ上側列用と下側列用のボールを同径のもので構成したものとしてある。
【００１７】
本発明の請求項９に係るスピンドルモータは、請求項１乃至６に記載のスピンドルモータにおいて、前記軸とロータハブを同一材にて一体に形成してなる構成のものとしてある。
【００１８】
本発明の請求項１０に係るスピンドルモータは、請求項１乃至６のスピンドルモータにおいて、前記ボールをセラミック製ボールで構成したものとしてある。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明に係るスピンドルモータの実施例を添付図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。
【００２０】
＜第１実施例＞
本発明に係る第１実施例のスピンドルモータは、図１、２に示すように、ベース１と一体形成された軸受筒２の縦孔３内に、軸受装置４を介して軸５が回転可能に支承され、この軸５の上端部に回転部材たるロータハブ６の中央縦孔６ａが嵌合、接着されている。
【００２１】
ロータハブ６はその外周下向きフランジ６ｂの内周面に磁石７を備え、前記磁石７の内周面には、前記軸受筒２の外周に取り付けられたステータ８の外周面が相対している。
【００２２】
前記軸受装置４は、スリーブ９内に上下２列の玉軸受１０、１１を備え、これら上下の玉軸受はそれぞれ内外輪１０ａ、１０ｂ間と１１ａ、１１ｂ間にセラミック製のボール１２ａ、１２ｂが配設されており、上下の外輪１０ｂ、１１ｂ間にはスペーサ１３を介在せしめてある。
なお、スリーブの素材には例えばステンレス鋼やセラミックあるいは合成樹脂を使用し、玉軸受の内外輪には例えば軸受鋼を使用する。
【００２３】
しかして、前記軸受筒２の中央縦孔３は、内周面における上下の大内径部間に厚肉の小内径部３ａを有していて、上下の大内径部はともに内径が前記スリーブ９の外径よりも大であるか、あるいはほぼ等しいものとしてある。
【００２４】
前記小内径部３ａの内径は前記スリーブ９の外径よりも小径としてあって、スリーブは小内径部３ａによって外側から径の中心方向に押圧されていて、この押圧力により、スリーブ内面における上下の玉軸受１０、１１の外輪１０ｂ、１１ｂ間に、スリーブの弾性変形によって内方へ突出する縮径部９ａが形成されている。
【００２５】
前記スリーブ９は、軸受筒２内に組み付けられる前においてはストレートな筒状のものとしてあるが、軸受筒２内に取り付けられると、軸受筒２の小内径部３ａによって前記縮径部９ａが形成され、スリーブ９は縮径部９ａの上下部分が縮径部側へ引き寄せられてスリーブ９の軸方向の長さが小となる。
なお、小内径部３ａの内径はスリーブ９および軸受筒２の材質や使用時における限界温度上昇の値に基づいて決定し、スリーブ９に形成される縮径部９ａの変形量がスリーブ素材の弾性限界内となる程度のものとする。
【００２６】
また、スリーブ９の内周面には上下２列の平行な内周溝１４、１４を形成してあり、これらの周溝は上下の玉軸受の各外輪１０ｂ、１１ｂに当接する位置に形成されていて、各周溝の軸方向の幅は各外輪の外周転動溝の幅と同程度としてある。
なお、図中の符号８ａはステータの鉄心、８ｂはステータの通電用コイル、１５は玉軸受のシール板、１６はボールリテーナ、１７は軸受装置のカバーを示す。
【００２７】
上述のように構成したスピンドルモータにおいては、前記軸受装置４を軸受筒２の縦孔３内に組み付ける前に上側の玉軸受１０の内輪１０ａを軸に固定するが、下側の玉軸受１１の内輪１１ａは軸５に固定せず、スライド可能な状態にしておく。そしてスリーブ９を軸受筒内に、また軸５にロータハブ６を取り付けた後、下側の玉軸受１１の内輪１１ａに適正な予圧を付与し、この状態で同内輪１１ａを軸５へ接着等によって固定する。
【００２８】
次ぎに、上述のように構成したスピンドルモータの作用について説明する。
ステータ８のコイル８ｂにモータ駆動用の電力が供給されることにより、ロータハブ６が軸まわりに回転駆動する。
【００２９】
スピンドルモータの駆動によって温度が上昇するとモータの各構成部材はいずれも熱膨張し、玉軸受１０、１１においては内輪１０ａ、１１ａの外径よりも外輪１０ｂ、１１ｂの内径の方が膨張量が大で、各玉軸受の内外輪の転動溝間の間隔Ｄ1 が大となり、しかもボール１２ａ、１２ｂの直径Ｒの膨張量が内外輪の膨張量に比して小であるので、ボールへの加圧接触力が小、すなわち予圧が小となるように変形する。
【００３０】
一方、軸受筒２の縦孔３の内径Ｄ2 はスリーブ９の外径よりも膨張量が大であるから、温度が上昇すると軸受筒２の小内径部３ａによるスリーブ９への押圧量が減少し、スリーブの弾性復元力によってスリーブがストレートな円筒状に戻ろうとして縮径部９ａの内方突出量が減少するとともに、スリーブ９自体の軸方向の膨張によってスリーブは軸方向へ伸長し、したがって玉軸受の外輪１０ｂ、１１ｂ間の軸方向の間隔が拡げられて各外輪の外周転動溝間の間隔Ｄ3 が大となり、内外輪からのボールへの加圧接触力、すなわち予圧が大となるように変形する。
【００３１】
したがって、各玉軸受の内外輪の転動溝間の間隔Ｄ1 が大となることに起因するボールへの予圧の減少は、上下の外輪における外周転動溝間の軸方向の間隔Ｄ3 が大となることによるボールへの予圧の増加と相殺され、温度が上昇してもボールへの適正な予圧が維持される。
【００３２】
また、スリーブ９の内周面に内周溝１４、１４を形成してあるので、スリーブが軸受筒２の小内径部３ａによって外側から押圧されても、外輪１０ｂ、１１ｂの各外周転動溝には過大な圧力が掛からず、しかも外周転動溝が加圧されることによる変形も防止される。
【００３３】
したがって、外輪は常に適正な加圧力でボールに接触するとともに、外輪の外周転動溝が変形することに起因する非同期の回転振れ(NRRO)が防止される。
【００３４】
＜第２実施例＞
上述した第１実施例のスピンドルモータにおいては、軸５とロータハブ６を別部材で構成してあるが、図３に示す第２実施例のもののように軸とロータハブとを同一材にて一体に構成する場合もある。
【００３５】
この第２実施例のものにおいては、部品点数が小となるとともに、スピンドルモータを組み立てる際に軸５とロータハブ６とを組み付ける必要がなく、したがってロータハブと軸との組み付けの際における軸の芯出し等の調節が不要であり、モータの組み立て工数を低減できるというメリットがある。
なお、この第２実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第１実施例のものと同じである。
【００３６】
＜第３実施例＞
図４に示す第３実施例のスピンドルモータは、ロータハブ６を支承する軸受装置を独特な構造の複合軸受装置２０で構成してあり、その具体的な構造を以下に説明する。
【００３７】
同図において、符号２１は大径軸部２１ａと小径軸部２１ｂとを有する二段軸を示し、２２は二段軸を囲むスリーブを示している。
前記二段軸の大径軸部２１ａの外周には上側列用の内周転動溝２３ａを直接形成してあり、また、小径軸部２１ｂには下側列用の内周転動溝２３ｂが形成された内輪２４を取り付けてある。
【００３８】
前記スリーブ２２の内周面には互いに平行な２列の外周転動溝２５ａ、２５ｂを直接形成してあってスリーブ２２は２列の外輪を兼用しており、上側列用の外周転動溝２５ａと前記二段軸の大径軸部２１ａの内周転動溝２３ａとの間に上側列用のボール２６ａを配設してあるとともに、スリーブ２２の下側の外周転動溝２５ｂと前記内輪の内周転動溝２３ｂとの間に下側列用のボール２６ｂを配設してある。
【００３９】
前記ボール２６ａと２６ｂは例えばセラミック製のものとしてあり、前記内輪２４の外径と二段軸の大径軸部２１ａの外径を同径として上下列のボールは全て同径としてある。
【００４０】
この第３実施例のスピンドルモータでは、軸受装置に上述した構造の複合軸受装置を使用しているので、内外輪よりなる玉軸受を必要とせず、しかもスリーブ２２が２列の外輪を兼用しているので、部品点数が少なくて済むとともに、玉軸受の内輪の厚さと外輪の厚さの和に相当する分だけ大径軸部２１ａの半径を大にすることができ、また小径軸部２１ｂの径も玉軸受の外輪を必要としない分だけ大径にでき、二段軸２１は全体に太くすることができる。
【００４１】
したがって二段軸２１は剛性が大で耐久性に優れ、かつ回転振れを極力抑えて、静粛性に優れたものとすることができる。
なお、この第３実施例のスピンドルモータは上述した軸受装置以外の構成については第１実施例のものと同じである。
【００４２】
しかして、この第３実施例のスピンドルモータを組み立てる際には、内輪２４を二段軸２１の小径軸部２１ｂにスライド可能に嵌め、スリーブ２２および２列のボール２６ａ、２６ｂを二段軸まわりに組み付け、軸受筒２の縦孔３内における小内径部３ａがスリーブ２２の外周における軸方向のほぼ中央部に当接するようにスリーブ２２を軸受筒の縦孔に嵌入せしめて固定する。
【００４３】
この際、スリーブの内面における上下の外周転動溝２５ａ、２５ｂ間に、軸受筒２の小内径部３ａにて径の中心方向へ押圧変形された縮径部２２ａが形成され、スリーブにおける縮径部２２ａの上下部分が縮径部側へ引き寄せられてスリーブ２２の軸方向の長さが小となり、外周転動溝２５ａ、２５ｂ間の距離が小となる。
【００４４】
なお、小内径部３ａの内径は第１実施例のものと同様にスリーブ２２および軸受筒２の材質や使用時における限界温度上昇の値に基づいて決定し、スリーブ２２に形成される縮径部２２ａの変形量がスリーブ素材の弾性限界内となる程度のものとする。
【００４５】
その後、内輪２４の下端面から適正な予圧を付与した状態で内輪２４を小径軸部２１ｂに接着等により固定する。
【００４６】
この第３実施例のものにおいても、スピンドルモータの駆動によって温度が上昇するとモータの各構成部材はいずれも熱膨張し、二段軸２１および内輪２４の外径よりもスリーブ２２の内径の方が膨張量が大であり、かつボール２６ａ、２６ｂの膨張量が二段軸や内輪に比して小であるので、二段軸、内輪とスリーブとの間の距離が大、すなわちボールへの予圧が小となるように変形する。
【００４７】
一方、軸受筒２における縦孔３の内径はスリーブ２２の外径よりも膨張量が大であるから小内径部３ａによるスリーブ２２への押圧量が減少し、スリーブはその弾性復元力によってストレートな円筒状に戻ろうとするとともにスリーブ自体の軸方向の膨張により軸方向へ伸長し、したがってスリーブ２２の外周転動溝２５ａ、２５ｂ間の軸方向の距離が大となり、各列における対向する内外の転動溝間の間隔が小、すなわちボールへの予圧が大となるように変形する。
【００４８】
したがって、二段軸および内輪とスリーブ間の間隔が大となることに起因するボールへの予圧の減少は、外周転動溝間の間隔が大となることによるボールへの予圧の増加と相殺され、温度が上昇しても適正な予圧が維持される。
【００４９】
＜第４実施例＞
上述した第３実施例のスピンドルモータにおいては、二段軸２１とロータハブ６を別部材で構成してあるが、図５に示す第４実施例のもののように軸とロータハブとを同一材にて一体に構成する場合もある。
【００５０】
この第４実施例のものにおいても前述した第２実施例のものと同様に、部品点数が小となるとともに、スピンドルモータを組み立てる際に軸２１とロータハブ６とを組み付ける必要がなく、したがってロータハブと軸との組み付けの際における軸の芯出し等の調節が不要であり、モータの組み立て工数を低減できるというメリットがある。
なお、この第４実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第３実施例のものと同じである。
【００５１】
上述した第１乃至第４実施例のスピンドルモータにおいては、軸受筒２の縦孔３内に形成した小内径部３ａにてスリーブ９、２２を内方へ押圧する構成としてあるが、軸受筒２は縦孔内面に段差のないストレートなものとし、スリーブそのものに後述する縮径リング２７を嵌めてスリーブを変形せしめる場合もあり、以下にその具体例を第５乃至第８実施例として説明する。
【００５２】
＜第５実施例＞
図６に示す第５実施例のスピンドルモータにおいては、スリーブ２８の外周面に外周溝２９を形成してあって、この外周溝２９内に例えばセラミック製の縮径リング２７を圧嵌してある。
【００５３】
前記外周溝２９はスリーブ内における上下の外輪１０ｂ、１１ｂ間の軸方向ほぼ中央に形成され、縮径リング２７の外周がスリーブの外径よりも小となるように外周溝の深さを設定してある。
【００５４】
また、縮径リング２７は内径がスリーブの外周溝の外径よりも小なるものとしてあってスリーブの外周溝２９内に圧嵌してあり、この縮径リングには図７に示すように円周に欠環部２７ａを有するＣリングを使用することにより、組み付け作業を容易に行うことができる。
【００５５】
この実施例のものにおいても第１実施例のものと同様に、スリーブ２８は縮径リング２７が組み付けられる前においてはストレートな筒状のものとしてあるが、縮径リングが圧嵌されるとスリーブの内面には玉軸受の外輪１０ｂ、１１ｂ間に内方へ突出する縮径部３０が形成され、スリーブ２８は縮径部３０の上下部分が縮径部側へ引き寄せられてスリーブ２８の軸方向の長さが小となる。
【００５６】
前記縮径リング２７の内径はスリーブ２８およびの材質や使用時における限界温度上昇の値に基づいて決定し、スリーブ２８に形成される縮径部３０の変形量がスリーブ素材の弾性限界内となる程度のものとする。
なお、本実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第１実施例のものと同じである。
【００５７】
しかして、スピンドルモータの駆動によって温度が上昇するとモータの各構成部材はいずれも熱膨張し、玉軸受１０、１１においては内輪１０ａ、１１ａの外径よりも外輪１０ｂ、１１ｂの内径の方が膨張量が大で、各玉軸受の内外輪の転動溝間の間隔が大となり、しかもボール１２ａ、１２ｂの直径の膨張量が内外輪の膨張量に比して小であるので、ボールへの加圧接触力が小、すなわち予圧が小となるように変形する。
【００５８】
一方、温度の上昇に伴って縮径リング２７の内径も大となり、縮径リング２７によるスリーブ２８への押圧量が減少し、スリーブの弾性復元力によってスリーブがストレートな円筒状に戻ろうとして縮径部３０の内方突出量が減少するとともにスリーブ自体の軸方向の膨張によりスリーブは軸方向へ伸長し、したがって玉軸受の外輪１０ｂ、１１ｂ間の軸方向の間隔が拡げられ、各外輪の外周転動溝間の間隔が大となり、内外輪からのボールへの加圧接触力、すなわち予圧が大となるように変形する。
【００５９】
したがって、内外輪の転動溝間の間隔が大となることに起因するボールへの予圧の減少は、上下の外輪における外周転動溝間の軸方向の間隔が大となることによるボールへの予圧の増加と相殺され、温度が上昇してもボールへの適正な予圧が維持される。
【００６０】
＜第６実施例＞
上述した第５実施例のスピンドルモータにおいては、軸５とロータハブ６を別部材で構成してあるが、図８に示す第６実施例のもののように軸とロータハブとを同一材にて一体に構成する場合もある。
【００６１】
この第６実施例のものにおいても、第２実施例のものと同様に部品点数が小となるとともに、スピンドルモータを組み立てる際に軸５とロータハブ６とを組み付ける必要がなく、したがってロータハブと軸との組み付けの際における軸の芯出し等の調節が不要であり、モータの組み立て工数を低減できるというメリットがある。
なお、この第６実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第５実施例のものと同じである。
【００６２】
＜第７実施例＞
図９に示す第７実施例のスピンドルモータは、前述した第３実施例のものと同様にロータハブ６を支承する軸受装置を独特な構造の複合軸受装置２０で構成してある。
【００６３】
すなわち、複合軸受装置２０は大径軸部２１ａと小径軸部２１ｂとを有する二段軸２１と、この二段軸を囲むスリーブ３１を備え、二段軸の大径軸部２１ａの外周には上側列用の内周転動溝２３ａを直接形成してあり、また、小径軸部２１ｂには下側列用の内周転動溝２３ｂが形成された内輪２４を取り付けてある。
【００６４】
前記スリーブ３１の内周面には互いに平行な２列の外周転動溝２５ａ、２５ｂを直接形成してあってスリーブ２２は２列の外輪を兼用しており、上側列用の外周転動溝２５ａと前記二段軸の大径軸部２１ａの内周転動溝２３ａとの間に上側列用のボール２６ａを配設してあるとともに、スリーブ３１の下側の外周転動溝２５ｂと前記内輪の内周転動溝２３ｂとの間に下側列用のボール２６ｂを配設してある。
【００６５】
また、前記ボール２６ａと２６ｂは例えばセラミック製のものとしてあり、前記内輪２４の外径と二段軸の大径軸部２１ａの外径を同径として上下列のボールは全て同径としてある。
【００６６】
しかして、前記スリーブ３１の外周にも前述した第５実施例におけるスリーブ２８と同様に、外周面に外周溝３２を形成してあって、この外周溝３２内に例えばセラミック製の縮径リング２７を圧嵌してある。
【００６７】
前記外周溝３２はスリーブ内における上下の外周転動溝２５ａ、２５ｂ間の軸方向ほぼ中央に形成され、縮径リング２７の外周がスリーブの外径よりも小となるように外周溝の深さを設定してある。
【００６８】
この実施例のものにおいても第５実施例のものと同様に、スリーブ３１は縮径リング２７が組み付けられる前においてはストレートな筒状のものとしてあるが、縮径リングが圧嵌されるとスリーブの内面には外周転動溝２５ａ、２５ｂ間に内方へ突出する縮径部３３が形成され、スリーブ３１は縮径部３３の上下部分が縮径部側へ引き寄せられてスリーブ３１の軸方向の長さが小となる。
【００６９】
なお、本実施例においても縮径リング２７の内径はスリーブ３１およびの材質や使用時における限界温度上昇の値に基づいて決定し、スリーブ３１に形成される縮径部３３の変形量がスリーブ素材の弾性限界内となる程度のものとする。
【００７０】
この第７実施例のスピンドルモータにおいても前述した第３実施例のものと同様に、軸受装置に上述した構造の複合軸受装置を使用しているので、内外輪よりなる玉軸受を必要とせず、しかもスリーブ３１が２列の外輪を兼用しているので、部品点数が少なくて済むとともに、玉軸受の内輪の厚さと外輪の厚さの和に相当する分だけ大径軸部２１ａの半径を大にすることができ、また小径軸部２１ｂの径も玉軸受の外輪を必要としない分だけ大径にでき、二段軸２１は全体に太くすることができる。
【００７１】
したがって二段軸２１は剛性が大で耐久性に優れ、かつ回転振れを極力抑えて、静粛性に優れたものとすることができる。
なお、この第７実施例のスピンドルモータは上述した軸受装置以外の構成については第５実施例のものと同じである。
【００７２】
この第７実施例のものにおいても、スピンドルモータの駆動によって温度が上昇するとモータの各構成部材はいずれも熱膨張し、二段軸２１および内輪２４の外径よりもスリーブ３１の内径の方が膨張量が大であり、かつボール２６ａ、２６ｂの膨張量が二段軸や内輪に比して小であるので、二段軸、内輪とスリーブとの間の距離が大、すなわちボールへの予圧が小となるように変形する。
【００７３】
一方、温度の上昇に伴って縮径リング２７の内径も大となり、縮径リング２７によるスリーブ３１への押圧量が減少し、スリーブの弾性復元力によってスリーブがストレートな円筒状に戻ろうとして縮径部３３の内方突出量が減少するとともにスリーブ自体の軸方向の膨張によりスリーブは軸方向へ伸長し、したがって上下の外周転動溝２５ａ、２５ｂ間の軸方向の距離が大となり、各ボール列における対向する内外の転動溝間の間隔が小、すなわちボールへの予圧が大となるように変形する。
【００７４】
したがって、二段軸および内輪とスリーブ間の間隔が大となることに起因するボールへの予圧の減少は、上下の外周転動溝間の間隔が大となることによるボールへの予圧の増加と相殺され、温度が上昇しても適正な予圧が維持される。
【００７５】
＜第８実施例＞
上述した第７実施例のスピンドルモータにおいては、二段軸２１とロータハブ６を別部材で構成してあるが、図１０に示す第８実施例のもののように軸とロータハブとを同一材にて一体に構成する場合もある。
【００７６】
この第８実施例のものにおいても前述した第４実施例のものと同様に、部品点数が小となるとともに、スピンドルモータを組み立てる際に軸２１とロータハブ６とを組み付ける必要がなく、したがってロータハブと軸との組み付けの際における軸の芯出し等の調節が不要であり、モータの組み立て工数を低減できるというメリットがある。
なお、この第８実施例のスピンドルモータにおける他の構成は第７実施例のものと同じである。
【００７７】
上述した第１乃至第８実施例においてはボールにセラミック製のものを使用して耐久性の大なるものとしてあるが、鋼製やその他の素材よりなるボールを使用する場合もある。
【００７８】
【本発明の作用、効果】
本発明に係るスピンドルモータは上述した構成のものとしてあるので、次ぎの作用効果を奏し得る。
【００７９】
軸受筒の縦孔内面に形成した小内径部またはスリーブの外周溝に嵌めた縮径リングにより、外輪を囲むスリーブまたは外輪兼用のスリーブの上下の外周転動溝間を内方に押圧してスリーブに縮径部を形成してあるので、モータの駆動にともなう温度上昇により、モータの構成部材が膨張して内外の転動溝間の間隔が大となっても前記スリーブがその弾性復元力およびスリーブ自体の軸方向の膨張にて伸長することにより、上下の外周転動溝間の間隔が広げられて内外の転動溝からボールへの加圧接触力、すなわちボールへの予圧が所定の値に維持される。
【００８０】
したがって、モータの温度が上昇しても常に安定した回転精度を維持することができ、固有振動周波数の変動が極力防止されて回転振れの発生や回転振れにともなう回転騒音の発生の低減を期すことができる。
【００８１】
また、上下２列の玉軸受を有する軸受装置を備え、スリーブの内周面に周溝を形成したものでは、スリーブやロータハブが温度変化によって変形して外輪の転動溝からボールの方向に過大な押圧力が生じても、周溝によってボールへの押圧力が分散されるので、ボールへ過大な圧力が掛かったり、あるいは外輪の外周転動溝が変形するようなおそれが殆どなく、振れの少ない安定した回転を維持することができる。
【００８２】
さらに、ボールをセラミック製ボールとしたものでは、ボールの耐久性が鋼製のものに比して大であり、長寿命のスピンドルモータとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るスピンドルモータの第１実施例を示す縦断面図。
【図２】図１の要部を拡大して示す縦断面図。
【図３】本発明に係るスピンドルモータの第２実施例を示す縦断面図。
【図４】本発明に係るスピンドルモータの第３実施例を示す縦断面図。
【図５】本発明に係るスピンドルモータの第４実施例を示す縦断面図。
【図６】本発明に係るスピンドルモータの第５実施例を示す縦断面図。
【図７】縮径リングの平面図。
【図８】本発明に係るスピンドルモータの第６実施例を示す縦断面図。
【図９】本発明に係るスピンドルモータの第７実施例を示す縦断面図。
【図１０】本発明に係るスピンドルモータの第８実施例を示す縦断面図。
【図１１】従来のスピンドルモータの一例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１ ベース ２ 軸受筒
３ 軸受筒の縦孔 ３ａ 小内径部
４ 軸受装置 ５ 軸
６ ロータハブ ７ 磁石
８ ステータ ９ スリーブ
１０、１１ 玉軸受 １２ａ、１２ｂ ボール
１３ スペーサ １４ スリーブの内周溝
１５ シール板 １６ ボールリテーナ
１７ カバー
２０ 複合軸受装置 ２１ 二段軸
２２ スリーブ ２２ａ 縮径部
２３ａ、２３ｂ 内周転動溝 ２４ 内輪
２５ａ、２５ｂ 外周転動溝 ２６ａ、２６ｂ ボール
２７ 縮径リング ２８ スリーブ
２９ スリーブの外周溝 ３０ スリーブの縮径部
３１ スリーブ ３２ スリーブの外周溝
３３ スリーブの縮径部
Claims (10)
- 軸と、この軸を囲むスリーブ間に上下２列のボール列を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下のボール列間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなるスピンドルモータ。
- 軸と、この軸を囲むスリーブ間にそれぞれ内外輪間にボールが配設された上下２列の玉軸受を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外輪間にスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなるスピンドルモータ。
- 大径軸部と小径軸部を有する二段軸を囲むスリーブの内周面に上下２列の平行な外周転動溝を有し、前記二段軸の大径軸部外周に直接形成した内周転動溝と前記スリーブの内周面における上側の外周転動溝との間に上側列用のボールが配設され、前記二段軸の小径軸部に嵌めた内輪の内周転動溝と前記スリーブ内周面における下側の外周転動溝との間に下側列用のボールが配設されてなる複合軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸の大径軸部側にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記軸受筒の縦孔内面に、上下の大内径部間に前記スリーブの外径よりも内径が小なる小内径部を形成し、この小内径部にて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外周転動溝間にスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなるスピンドルモータ。
- 軸と、この軸を囲むスリーブ間に上下２列のボール列を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下のボール列間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなるスピンドルモータ。
- 軸と、この軸を囲むスリーブ間にそれぞれ内外輪間にボールが配設された上下２列の玉軸受を有する複列軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外輪間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなるスピンドルモータ。
- 大径軸部と小径軸部を有する二段軸を囲むスリーブの内周面に上下２列の平行な外周転動溝を有し、前記二段軸の大径軸部外周に直接形成した内周転動溝と前記スリーブの内周面における上側の外周転動溝との間に上側列用のボールが配設され、前記二段軸の小径軸部に嵌めた内輪の内周転動溝と前記スリーブ内周面における下側の外周転動溝との間に下側列用のボールが配設されてなる複合軸受装置の前記スリーブが、ベースに立設された軸受筒の縦孔内に取り付けられ、かつ、前記軸の大径軸部側にロータハブが取り付けられて、このロータハブがベース上に回転可能に支承されるスピンドルモータの前記スリーブに外周溝を形成し、この外周溝内に、同外周溝の外径よりも内径が小なる縮径リングを嵌合せしめ、この縮径リングにて前記スリーブを外側から押圧して弾性変形せしめることにより、前記上下の外周転動溝間においてスリーブの内方へ突出する縮径部を形成してなるスピンドルモータ。
- 請求項２、５に記載のスピンドルモータにおいて、前記スリーブの内周面における前記各玉軸受の外輪に当接する位置に、外輪の内周面に形成された外周転動溝の軸方向の幅と略同じ幅の周溝を形成してなるスピンドルモータ。
- 請求項３、６に記載のスピンドルモータにおいて、前記内輪の外径と前記二段軸の大径軸部の外径が同径で、かつ上側列用と下側列用のボールが同径であるスピンドルモータ。
- 請求項１乃至６に記載のスピンドルモータにおいて、前記軸とロータハブを同一材にて一体に形成してなるスピンドルモータ。
- 請求項１乃至６のスピンドルモータにおいて、前記ボールがセラミック製ボールであるスピンドルモータ。
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