JPH0953644A

JPH0953644A - 内輪を外嵌固定した軸

Info

Publication number: JPH0953644A
Application number: JP21069995A
Authority: JP
Inventors: Seizo Miyazaki; 晴三宮崎; Koichi Kawakami; 耕一川上; Fumikatsu Takagi; 文勝高木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1995-08-18
Filing date: 1995-08-18
Publication date: 1997-02-25

Abstract

(57)【要約】【目的】軸２や内輪１１ａ、１１ａが歪む事を防止し
て、高速回転時に有害な振動が発生する事を防止する。【構成】軸２の一部外周面で内輪１１ａ、１１ａの内
周面が対向する部分に小径部１９、１９を設ける。そし
て、各小径部１９、１９部分にラジアル隙間２０、２０
を介在させる。ラジアル隙間２０、２０分、軸２及び内
輪１１ａ、１１ａ内の残留応力を減少させて、これら軸
２及び内輪１１ａ、１１ａが歪む事を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばビデオテープ
レコーダ（ＶＴＲ）用、ハードディスクドライブ（ＨＤ
Ｄ）用、ビデオテープレコーダ（ＶＴＲ）用、レーザビ
ームプリンタ（ＬＢＰ）用のスピンドルモータ、ロータ
リアクチュエータ、ロータリエンコーダ等、各種精密回
転部分に組み込んでこの回転部分を支承する、内輪を外
嵌固定した軸の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＶＴＲやＨＤＤのスピンドルを、振れ回
り運動（軸と直角な方向の運動）及び軸方向の振れを防
止しつつ回転自在に支持する為、玉軸受を使用している
が、従来は互いに独立した１対の玉軸受（深溝型或はア
ンギュラ型）を使用していた。又、回転支持部分への玉
軸受の組立作業の効率化を図る為、複列の玉軸受を使用
する事も考えられていた。

【０００３】複列の玉軸受は、図６（Ａ）に示す様に、
外周面に１対の深溝型の内輪軌道１、１を有する軸２
と、同図（Ｂ）に示す様に、内周面に１対の深溝型の外
輪軌道３、３を有する外輪４とを、同図（Ｃ）に示す様
に同心に組み合わせると共に、上記各内輪軌道１、１と
外輪軌道３、３との間にそれぞれ複数の玉５、５を、転
動自在に装着する事で構成される。尚、図６（Ｃ）の
６、６は、上記玉５、５を円周方向等間隔に保持してお
く為の保持器、７、７は、玉５、５装着部への塵芥等の
進入防止を図る為のシールである。

【０００４】この図６（Ｃ）に示す様な複列深溝型玉軸
受は、従来から知られている構造であるが、上記ＶＴＲ
やＨＤＤのスピンドルを支持できる様なものは、従来は
製造が難しかった。これは、次の様な理由による。ＶＴ
ＲやＨＤＤのスピンドルを支持する為の玉軸受は、振れ
回り運動及び軸方向の振れを防止する為、極めて高精度
なものとしなければならない。この為、上記スピンドル
支持用の玉軸受は、アキシャル方向の予圧を付与した状
態で使用する。一方、深溝型の玉軸受を組み立てる為、
内輪軌道１と外輪軌道３との間に玉５、５を装着する場
合には、図７に示す様に、上記内輪軌道１と外輪軌道３
とを偏心させて、これら両軌道１、３の間の円周方向に
亙る隙間８を一部で大きくする。そして、この隙間８の
大きくなった部分から上記内輪軌道１と外輪軌道３との
間に、所定数の玉５、５を挿入する。その後、上記内輪
軌道１と外輪軌道３とを同心にすると共に、上記所定数
の玉５、５を、円周方向等間隔に配置する。

【０００５】この様に、円周方向一部にまとまって挿入
された複数の玉５、５を、円周方向等間隔に配置し直す
際には、各玉５、５を上記内輪軌道１及び外輪軌道３に
対して滑らせなければならない。この際、上記内輪軌道
１及び外輪軌道３が各玉５、５を強く押圧する状態（予
圧を付与した状態）にあると、上記内輪軌道１、外輪軌
道３、各玉５、５の転動面に傷が付き易い。そして、傷
が付いた場合には、回転時に振動を生じたり、或は耐久
性が損なわれる等の問題を生じる。

【０００６】予圧を付与された玉軸受としては、他にも
従来から種々の構造のものが知られているが、部品点数
が多く小型化が難しかったり、或は組立作業が面倒であ
ったり、更には十分な回転精度を得られない等の問題が
あり、ＨＤＤ用等の精密回転部分に組み込んで十分な性
能を得られるものではなかった。

【０００７】これに対して、特開平６−２２１３２６号
公報、同６−３４４２３３号公報には、上述の様な不都
合を解消する構造として、図８に示す様な玉軸受が記載
されている。この玉軸受を構成する軸９は、図８（Ａ）
に示す様に、小径部９ａと大径部９ｂとを段部９ｃで連
続させており、大径部９ｂの外周面に深溝型の第一の内
輪軌道１０を形成している。又、内輪１１は、外周面に
深溝型の第二の内輪軌道１２を形成している。

【０００８】この様な軸９と内輪１１とを含む玉軸受を
造る場合、先ず、第一工程として、図８（Ｂ）に示す様
に、上記軸９の小径部９ａに上記内輪１１を、十分な嵌
合強度（予圧付与の反力でずれ動かない強度）を持たせ
て外嵌する。従って、自由状態に於ける上記内輪１１の
内径寸法Ｒ₁₁は、同じく自由状態に於ける上記小径部９
ａの外径寸法Ｄ_9aよりも僅かに小さい（Ｒ₁₁＜Ｄ_9a）。
上述の様に小径部９ａに内輪１１を外嵌した状態で、上
記大径部９ｂ外周面の第一の内輪軌道１０と内輪１１外
周面の第二の内輪軌道１２とのピッチＰ₁ を、完成後の
玉軸受に所定の予圧を付与する為に必要なピッチｐ₁
（図８（Ｄ））よりも長く（Ｐ₁ ＞ｐ₁ ）しておく。次
いで、第二工程として、上記第一工程により組み合わさ
れた軸９及び内輪１１を、円筒形の外輪１３の内側に挿
入する。この外輪１３の内周面には、１対の深溝型の外
輪軌道１４、１４を形成している。この第二工程では、
この１対の外輪軌道１４、１４と前記第一、第二の内輪
軌道１０、１２とを対向させる。次に、第三工程とし
て、上記軸９及び内輪１１と外輪１３とを偏心させ、前
記図７に示す様に、上記１対の外輪軌道１４、１４と第
一、第二の内輪軌道１０、１２との間の円周方向に亙る
隙間８を一部で大きくする。そして、この隙間８の大き
くなった部分から、上記隙間８内に、所定数の玉５、５
を挿入する。次に、第四工程として、上記１対の外輪軌
道１４、１４と第一、第二の内輪軌道１０、１２との間
の隙間８内に挿入された所定数の玉５、５を円周方向に
移動させつつ、上記軸９及び内輪１１と外輪１３とを同
心にして、各玉５、５を円周方向等間隔に配置する。こ
れと共に、図８（Ｃ）に示す様に、各玉列部分に保持器
６、６を装着して、各玉５、５が円周方向等間隔位置に
留まる様にする。又、必要に応じて、外輪１３の両端部
内周面にシール７、７を装着する。この状態では、未だ
各玉５、５に予圧は付与されていない。そして、最後に
第五工程として、上記内輪１１を段部９ｃに向け、軸９
の外周面で軸方向（図８の左方）に変位させる事によ
り、上記第一、第二の内輪軌道１０、１２のピッチを短
くして、図８（Ｄ）に示す様に、前記所定の予圧を付与
する為に必要なピッチｐ₁ とする。この状態で、上記複
数の玉５、５に所定の予圧が付与され、予圧を付与され
た玉軸受として完成する。完成時にも、上記段部９ｃと
内輪１１の端面との間には隙間が存在する。

【０００９】この様にして得られた予圧を付与された玉
軸受では、内輪１１の内周面と小径部９ａの外周面との
間に、締まり嵌めの摩擦力に基づいて、上記予圧に見合
う軸方向荷重よりも大きな制止力が作用する。従って、
軸９と内輪１１との間に接着剤を塗布しなくても、上記
内輪１１がずれ動かず、付与された予圧が消滅する事が
なく、一体の玉軸受として取り扱える。この為、ＶＴＲ
やＨＤＤのスピンドルの軸受部を構成する作業が容易と
なる。又、アキシャル方向に亙って予圧が付与されてい
る為、上記スピンドルの回転支持を高精度に行なえる。

【００１０】尚、上述した従来構造の第２例の場合、第
一の内輪軌道１０を軸９の外周面に直接形成していた
が、図９に示した第３例の様に、それ自体は内輪軌道を
有しない軸２に、１対の内輪１１、１１ａを外嵌する事
もできる。この様に、内輪１１、１１ａを１対設ける場
合には、予圧付与時に、一方又は双方の内輪１１、１１
ａを変位させる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図８〜９に示す様な構
造を有する予圧を付与された玉軸受の場合には、適正な
予圧付与の面からは問題ないが、軸９を高速回転させた
場合に振動を発生するものが存在する事が分ってきた。
この様な振動が発生する原因に就いて本発明者が研究し
たところ、軸９と内輪１１との一方又は双方が歪んでい
る事が分った。そして、この様な歪みの原因に就いて本
発明者が考察したところ、次の様な原因が考えられた。

【００１２】軸９の小径部９ａに内輪１１を締まりばめ
で圧入する（小径部９ａに対して内輪１１を変位させ
る）際に、これら小径部９ａの外周面と内輪１１の内周
面とが軸方向に亙って強く摩擦し合う。この摩擦に伴っ
て上記軸９及び内輪１１に応力が加わる。図８〜９に示
した従来構造の場合には、内輪１１が軸９、２の周囲
に、締まりばめにより外嵌固定されているので、上記応
力は、組立完了後に於いても、上記内輪１１、軸９、２
内に残留応力として残る。上記圧入の際、上記外周面と
内周面との間に作用する摩擦力が円周方向に亙って均一
であれば良いが、不可避的な寸法或は形状の誤差、或は
上記両周面同士の間に存在する油量の差等に起因して、
上記摩擦力が円周方向に亙って不均一になる事がある。
そして、この不均一の程度が大きくなると、上記軸９、
２と内輪１１、１１ａとの一方又は双方の歪みが、上記
振動を発生する程度に大きくなる。特に、外径が４mm以
下の軸９、２に内輪１１、１１ａを外嵌固定する様な、
ミニアチュア玉軸受の場合には、上記歪みに基づく振動
が問題となり易い。

【００１３】尚、この様な問題は、図１０に示した様
な、１対の玉軸受１５、１５を構成する内輪１１ａ、１
１ａを軸２に外嵌し、１対の外輪１６、１６の間にばね
１７を設ける事で上記各玉軸受１５、１５に予圧付与を
行なう構造でも生じ得る。即ち、この様な構造では、上
記ばね１７の弾力により上記各内輪１１ａ、１１ａが軸
２に対して動かない様に、これら各内輪１１ａ、１１ａ
を軸２に対して、締まりばめで外嵌する。従って、図８
〜９に示した構造の場合と同様に、軸２と内輪１１ａ、
１１ａとの一方又は双方に歪みが発生する可能性があ
る。本発明の内輪を外嵌固定した軸は、上述の様な原因
で発生する歪みを抑え、歪みに基づく振動の発生を防止
すべく発明したものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の内輪を外嵌固定
した軸は、前述した従来構造の場合と同様に、自由状態
で所定の内径寸法を有する内輪と、自由状態でこの内径
寸法よりも僅かに大きな外径寸法を有する軸とを備え
る。そして、この軸の外周面に上記内輪を、締まりばめ
により外嵌固定して成る。

【００１５】特に、本発明の内輪を外嵌固定した軸に於
いては、上記軸の一部外周面には、上記内径寸法よりも
小さな第二の外径寸法を有する小径部が形成されてい
る。そして、上記内輪を上記軸に外嵌固定した状態で、
この内輪の一部内周面が上記小径部の外周面にラジアル
隙間を介して対向している。

【００１６】

【作用】上述の様に構成される本発明の内輪を外嵌固定
した軸の場合には、内輪の一部内周面と小径部の外周面
との間に存在するラジアル隙間の分、内輪の内周面と軸
の外周面とが締まりばめにより強く当接し合う部分の面
積が狭くなる。この為、内輪を軸に対して締まりばめに
より外嵌固定する事に伴い、これら内輪及び軸に残留す
る応力が少なくなって、これら内輪及び軸の歪みが少な
くなる。この為、これら内輪及び軸を高速で回転させた
場合にも、実用上問題となる様な振動が発生しなくな
る。尚、内輪の内周面のうちで上記ラジアル隙間に対向
する部分の割合は、軸方向長さで１／２〜３／４程度が
適当である。１／２未満の場合には、残留応力の減少効
果が不十分となり、３／４を越えた場合には、軸と内輪
とを同心にする作業が難しくなる。

【００１７】

【実施例】図１は本発明の第一実施例を示している。本
実施例は、前述した従来構造のうちの図９に示した構造
に、本発明を実施したものである。尚、構成各部材の組
立方法及び各玉５、５に予圧付与を行なう方法は、前述
した従来構造の場合と同様であるから、重複する説明を
省略し、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

【００１８】それぞれの外周面に内輪軌道１８、１８を
有する１対の内輪１１ａ、１１ａは、自由状態で所定の
内径寸法を有する。又、これら各内輪１１ａ、１１ａを
外嵌固定する軸２は、自由状態でこの内径寸法よりも僅
かに大きな外径寸法を有する。本発明の内輪を外嵌固定
した軸は、この軸２の外周面で軸方向に離隔した２個所
位置に、上記内輪１１ａ、１１ａを、それぞれ締まりば
めにより外嵌固定して成る。

【００１９】上記軸２の一部外周面で、上記各内輪１１
ａ、１１ａの軸方向両端部内周面が対向する部分には、
各内輪１１ａ、１１ａ毎に２個所ずつ、合計４個所の小
径部１９、１９を形成している。これら各小径部１９、
１９は、上記各内輪１１ａ、１１ａの内径寸法よりも小
さな、第二の外径寸法を有する。又、各内輪１１ａ、１
１ａ毎に２個所ずつ設けられた小径部１９、１９の反対
端縁同士の距離Ｌ₁₉は、上記各内輪１１ａ、１１ａの長
さＬ_11a よりも少し大きく（Ｌ₁₉＞Ｌ_11a ）している。
又、各玉５、５に所望の予圧を付与した状態では、上記
各内輪１１ａ、１１ａの内周面のほぼ中央部が、隣接す
る小径部１９、１９に挟まれた間部分２１、２１に、締
まりばめを持って外嵌される。従って、図１に示す様に
上記各内輪１１ａ、１１ａを上記軸２の外周面２個所位
置に外嵌固定した状態では、これら各内輪１１ａ、１１
ａの軸方向両端部内周面がこれら各小径部１９、１９の
外周面に、それぞれラジアル隙間２０、２０を介して対
向する。

【００２０】上述の様に構成される本発明の内輪を外嵌
固定した軸の場合には、上記各内輪１１ａ、１１ａの両
端部内周面と上記各小径部１９、１９の外周面との間に
存在するラジアル隙間２０、２０の分、内輪１１ａ、１
１ａの内周面と軸２の外周面とが締まりばめにより強く
当接し合う部分の面積が狭くなる。この為、上記各内輪
１１ａ、１１ａを軸２に対して締まりばめにより外嵌固
定する事に伴い、これら内輪１１ａ、１１ａ及び軸２に
残留する応力が少なくなる。

【００２１】即ち、上記各内輪１１ａ、１１ａを軸２の
端部からこの軸２の中央部に向けて外嵌する際、これら
各内輪１１ａ、１１ａの内周面と軸２の外周面とが強く
摩擦し合う結果、これら各内輪１１ａ、１１ａと軸２と
に内部応力が発生する。従来構造の場合には、内輪を外
嵌固定した軸の組立完了時点で、上記両周面同士が全面
に亙って摩擦し合ったままとなる為、上記内部応力がそ
のまま残留応力として残る。これに対して本発明の場合
には、内輪を外嵌固定した軸の組立完了時点では、上記
両周面同士の摩擦面積が、上記ラジアル隙間２０、２０
分だけ少なくなる。そして、上記各内輪１１ａ、１１ａ
の内周面と軸２の外周面とのうちで、上記ラジアル隙間
２０、２０に対向する部分は、自由状態となって、組立
時に発生した内部応力は消滅する。従って、これら軸２
及び内輪１１ａ、１１ａ内の残留応力が少なくなって、
これら軸２及び内輪１１ａ、１１ａの歪みが少なくな
る。

【００２２】この為、これら各内輪１１ａ、１１ａ及び
軸２を高速で回転させた場合にも、実用上問題となる様
な振動が発生しなくなる。尚、前記小径部１９、１９を
設けた事により、上記各内輪１１ａ、１１ａの内周面と
軸２の外周面との摩擦面積が狭くなるが、その分、前記
間部分２１、２１の外周面と上記各内輪１１ａ、１１ａ
の内周面との接触面圧が大きくなる。但し、接触面圧の
上昇に基づく応力は、上記両周面に対して垂直に作用
し、これら内輪１１ａ、１１ａ及び軸２を歪ませる方向
には作用しない。従って、接触面圧の上昇によりこれら
内輪１１ａ、１１ａ及び軸２が歪む事はない。又、接触
面圧の上昇は、上記内輪１１ａ、１１ａの保持力向上に
つながる為、上記接触面積が減少しても、これら各内輪
１１ａ、１１ａが軸２に対して不用意にずれ動く事はな
い。

【００２３】上述の様な本発明の内輪を外嵌固定した軸
は、更にそれぞれが保持器６、６により転動自在に保持
された複数の玉５、５及び外輪４と組み合わされて、予
圧を付与された玉軸受を構成する。更に、この様な予圧
を付与された玉軸受を構成する外輪４の外周面には、必
要に応じて図２に示す様に、保持環２２を外嵌固定す
る。ＶＴＲやＨＤＤのスピンドル装置を構成する際に
は、この保持環２２に他の部品等を固定する。本発明者
は、この図２に示す様な構造を複数個、実際に組み立
て、軸２を高速で回転させたが、有害な振動を発生する
ものは皆無であった。尚、図１に示した予圧を付与され
た玉軸受と図２に示した予圧を付与された玉軸受とは、
内輪軌道１８、１８の形成位置やシール７、７の装着位
置等、若干相違するが、基本的には同じ構造である。

【００２４】次に、図３は本発明の第二実施例を示して
いる。本実施例の場合には、軸２の外周面で軸方向に離
隔した２個所位置に、それぞれ小径部１９、１９を１個
ずつ形成している。そして、上記軸２に外嵌固定した内
輪１１ａ、１１ａの内周面を、各内輪１１ａ、１１ａの
外端部（軸２の端面寄り端部）を除いて、上記各小径部
１９、１９に、ラジアル隙間２０、２０を介して対向さ
せている。小径部１９、１９の数を少なくし、上記軸２
と上記各内輪１１ａ、１１ａとの嵌合部並びに上記各ラ
ジアル隙間２０、２０の位置を変えた以外の構成及び作
用は、上述した第一実施例と同様である。

【００２５】次に、図４は本発明の第三実施例を示して
いる。本実施例は、前述の図９に示した従来構造の第３
例に本発明を適用したものである。即ち、本実施例の場
合には、１対の玉軸受１５、１５を構成する内輪１１
ａ、１１ａを軸２に外嵌し、１対の外輪１６、１６の間
にばね１７を設ける事により、上記各玉軸受１５、１５
に予圧付与を行なっている。予圧付与の為の構造以外
は、前述した第一実施例と同様である。更に、図５に示
した第四実施例の様に、１対の外輪１６、１６の間にス
ペーサ２３を挟持した構造にも、本発明を適用できる。
勿論、前記図８に示した構造に、本発明を適用する事も
できる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の内輪を外嵌固定した軸は、以上
に述べた通り構成され作用して、締まりばめにより内輪
及びこの内輪を外嵌固定した軸の歪みを無視できる程度
に抑え、これら内輪及び軸を高速回転させた場合にも、
有害な振動が発生する事を防止できる。この為、ＶＴＲ
やＨＤＤのスピンドル等の高性能化に寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例を示す断面図。

【図２】第一実施例の構造を組み込んだスピンドル装置
の断面図。

【図３】本発明の第二実施例の断面図。

【図４】同第三実施例の断面図。

【図５】同第四実施例の断面図。

【図６】従来の玉軸受の第１例の部品と完成品とを示す
断面図。

【図７】玉を挿入する為、外輪軌道と内輪軌道とを偏心
させた状態を示す図。

【図８】従来の玉軸受の第２例を製造工程順に示す断面
図。

【図９】同第３例を製造工程順に示す半部断面図。

【図１０】従来の玉軸受の第３例を示す断面図。

【符号の説明】

１内輪軌道２軸３外輪軌道４外輪５玉６保持器７シール８隙間９軸９ａ小径部９ｂ大径部９ｃ段部１０第一の内輪軌道１１、１１ａ内輪１２第二の内輪軌道１３外輪１４外輪軌道１５玉軸受１６外輪１７ばね１８内輪軌道１９小径部２０ラジアル隙間２１間部分２２保持環２３スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】自由状態で所定の内径寸法を有する内輪
と、自由状態でこの内径寸法よりも僅かに大きな外径寸
法を有する軸とを備え、この軸の外周面に上記内輪を締
まりばめにより外嵌固定して成る内輪を外嵌固定した軸
に於いて、上記軸の一部外周面には、上記内径寸法より
も小さな第二の外径寸法を有する小径部が形成されてお
り、上記内輪を上記軸に外嵌固定した状態で、この内輪
の一部内周面が上記小径部の外周面にラジアル隙間を介
して対向している事を特徴とする内輪を外嵌固定した
軸。