JPH10271745A

JPH10271745A - スピンドルモータ

Info

Publication number: JPH10271745A
Application number: JP8576397A
Authority: JP
Inventors: Harushige Osawa; 晴繁大澤; Tomohiro Hasegawa; 朋広長谷川
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec Corp
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JP3625984B2

Abstract

(57)【要約】【課題】組立により生じるＮＲＲＯ励振力の影響をな
くすと共に、軸受の励振周波数とモータの固有振動周波
数との合致を回避してＮＲＲＯを低減し、共振問題の発
生を未然に防ぐ。【解決手段】ブラケットに対してロータハブを回転自
在に支持する軸受を、内輪と、外輪と、内外輪間に周方
向等間隔に配置された複数個のボールとを用いて構成
し、かつ、この軸受を、モータの定格回転時（ω）にお
ける軸受構成部材の最低次の励振周波数（ｂ点）がロー
タハブの最低次の共振周波数（ａ点）以上に設定された
スーパークリティカル軸受としたことを特徴とするもの
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、光ディスクや磁気
ディスク等の円盤状記録媒体を高速かつ高精度に回転駆
動するに好適なスピンドルモータに関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】近年、ハ
ードディスク等の円盤状記録媒体を回転駆動するスピン
ドルモータにおいては、その高速化が進む一方で、高精
度化つまりＮＲＲＯと呼ばれる回転非同期成分による振
動の低減が求められている。モータの定格回転時におい
て、モータの固有振動周波数と軸受が有する励振周波数
とが合致すると共振現象を起こし、回転非同期成分によ
る振動が増大し、特にハードディスク駆動装置では信号
の書き込み，読み取り不良を生じる。従って、定格回転
時におけるＮＲＲＯを低減させるためには、モータの固
有振動周波数と軸受が有する励振周波数との合致による
共振を避ける必要がある。

【０００３】軸受として最もよく用いられている玉軸受
は、内輪と外輪との間に複数個のボールを周方向等間隔
に配置して構成され、理想的には振動の発生はない。し
かし実際には、軸受部品の加工公差やモータ組立時の内
外輪の歪み等により、僅かに振れながら（振動しなが
ら）回転する。

【０００４】従来では、軸受けによる励振を極力避ける
目的で、内外輪、ボール、リテーナの寸法精度向上を追
求していたが、未解決になっている。即ち、軸受による
ラジアル方向の励振の原因としては、(１)内輪の歪、
(２)外輪の歪、(３)ボールの相互差、(４)リテーナの不
等配、が挙げられ、このうち、(３)，(４)は、ボール、
リテーナの製作精度を上げることにより対応することが
できる。しかし、(１)，(２)については、モータハウジ
ング等の内外輪接合面の形状の内外輪への転写や内外輪
に対する傾き、或いは内外輪接着時の接着剤の熱収縮等
により、内輪、外輪が組立時に歪むため、単品の製作精
度を上げるだけでは対応できないのが現状である。

【０００５】他方、従来においては、モータの一部に削
り等の変更を与えたり、部材を変更すること等により、
モータの固有値を変化させ、これを軸受の励振周波数と
一致させないような対策も行っていた。この場合、モー
タの固有値が軸受励振周波数から大幅にずれない限り、
組立誤差や他の要因によりモータの固有値がばらつく結
果、共振現象を招く場合を生じ、十分な対策とは言い難
く、しかも、生産性が悪く、量産性に乏しいと言った問
題も有していた。

【０００６】本発明は、従来の技術の有するこのような
問題点に留意して成されたものであり、その目的とする
ところは、組立により生じるＮＲＲＯ励振力の影響をな
くすと共に、軸受の励振周波数とモータの固有振動周波
数との合致を回避してＮＲＲＯを低減し、共振問題の発
生を未然に防ぐことができるスピンドルモータを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１によるスピンドルモータにおいて
は、静止部材に対して回転体を回転自在に支持する軸受
を、内輪と、外輪と、内外輪間に周方向等間隔に配置さ
れた複数個のボールとを用いて構成し、かつ、この軸受
を、モータの定格回転時における軸受構成部材の最低次
の励振周波数が回転体の最低次の共振周波数以上に設定
されたスーパークリティカル軸受としたことを特徴とす
るものである。

【０００８】モータの定格運転時におけるＮＲＲＯを低
減させるためには、モータの固有値（固有振動周波数）
と軸受の励振周波数との合致による共振をさける必要が
ある。図１は、スピンドルモータにおける回転数と振動
周波数との関係を示したものであり、特性Ｌがモータの
固有値を示し、特性Ｍが軸受の最低次の励振周波数を示
している。そして、モータ固有値の特性Ｌと軸受励振周
波数の特性Ｍとの交点ａが回転体の共振位置を示すこと
になり、この交点ａがモータの定格回転数ω上に位置し
た時、定格運転時における共振現象を生じることにな
る。

【０００９】上述した本発明のスピンドルモータにおけ
るスーパークリティカル軸受では、モータの定格回転時
（定格回転数ω）における軸受の励振周波数が、回転体
の共振周波数、つまり特性Ｌの回転数ωにおける周波数
（ａ点）より大きい周波数（ｂ点）になるよう、最低次
の励振周波数が特性Ｎに設定されているため、定格回転
時に共振現象を起こすことがなく、ＮＲＲＯを低減でき
ることになる。

【００１０】また、本発明の請求項２によるスピンドル
モータにおいては、前記軸受のボール数をＺ、ボール径
をＤ_w、ピッチ径をＤ_pw、ボールの内外輪に対する接触
角をα、モータ回転周波数をｆ_r、モータの静止時にお
ける固有振動周波数をｆ_nsとしたとき、数１、数２及び
数３を同時に満たすように設定したことを特徴とする。

【００１１】

【数１】

【００１２】

【数２】

【００１３】

【数３】

【００１４】なお、数式及び以下の説明中における複合
記号は上側が外輪回転の場合、下側が内輪回転の場合を
示す。ここで、請求項２について説明する。モータのラ
ジアル方向の振動としては、回転体の回転方向に対して
同一方向に振れ回る前回りと、反対方向に振れ回る後ろ
回りがあることから、モータのラジアル方向の固有値に
は、前回りと後ろ回りが存在する。即ち、図１に示すよ
うに、モータのラジアル方向の固有値には、特性Ｌで示
す前回りと特性Ｌ’で示す後ろ回りとがあり、ある回転
数（回転周波数ｆ_r）におけるモータの固有値ｆ_nは、モ
ータ静止時の固有値をｆ_nsとすると、ｆ_n＝ｆ_ns＋ｆ
_r（前回り）、ｆ_n＝ｆ_ns−ｆ_r（後ろ回り）で表され
る。同様に、軸受によるラジアル方向の励振周波数に
も、図１の特性Ｍで示す前回りと、特性Ｍ’で示す後ろ
回りが存在する。そして、モータの共振現象は、軸受の
前回りの励振周波数とモータの前回りの固有値の合致
（図１における交点ａ）、又は、軸受の後ろ回りの励振
周波数とモータの後ろ回りの固有値の合致（図１におけ
る交点ｃ）によって起こり、このとき、ＮＲＲＯの振幅
は大きくなる。

【００１５】ところで、軸受（回転側軌道輪と固定側軌
道輪との間に、リテーナにより周方向等間隔かつ回転自
在に保持された複数のボールを介在させてなる軸受）の
ラジアル方向の励振周波数には、以下のものがある。な
お、Ｚはボール数、ｆ_rはモータの回転周波数、ｎは次
数（整数）である。リテーナによる励振周波数；ｎｆ_c 回転側軌道輪による前回りの励振周波数；ｎＺ(ｆ_r−ｆ_c)＋ｆ_r 回転側軌道輪による後ろ回りの励振周波数；ｎＺ(ｆ_r−ｆ_c)−ｆ_r 固定側軌道輪による励振周波数（前回り、後ろ回り）；ｎＺｆ_c ボールによる前回りの励振周波数；２ｎｆ_b＋ｆ_c ボールによる後ろ回りの励振周波数；２ｎｆ_b−ｆ_c ただし、ｆ_cはボールの公転周期、ｆ_bはボールの自転周
期であり、ボール径をＤ_w、ピッチ径をＤ_pw、ボールと
内外輪との接触角をαとすると、次の数６及び数７で与
えられる。

【００１６】

【数８】

【００１７】

【数９】

【００１８】上述したように、モータの定格回転時にお
けるＮＲＲＯを低減させるには、モータの固有値と軸受
励振周波数の合致による共振を避ける必要があるが、軸
受の励振周波数は上記のように多数ある。そこで、モー
タの起動後定格回転に至るまでに、上記〜による最
低次の励振周波数が固有振動数を通過するようにボール
数を設定すれば、他の励振周波数と固有値の合致を避け
る軸受諸元を見出すのが楽になる。即ち、ボール数Ｚを
励振周波数の構成要件とする上記〜において、回転
側軌道輪の最低次励振周波数（前回り、後ろ回り）、及
び固定側軌道輪の最低次励振周波数（前回り、後ろ回
り）を、定格運転時のモータ固有値（前回り、後ろ回
り）の周波数より高くなるように、ボール数Ｚを設定す
れば、回転側起動輪及び固定側起動輪の励振周波数（前
回り、後ろ回り）による共振現象を避けることができ、
後はボール及びリテーナの励振周波数のみについて考慮
すればよいことになる。

【００１９】具体的には、回転側軌道輪の前回りと後ろ
回りの励振周波数ｆ_for、ｆ_back、固定側軌道輪の励振
周波数ｆ_fixが回転側起動輪前回り；ｆ_for ＞ｆ_ns＋２ｆ_r （前回り固有値＋ｆ_r）回転側起動輪後ろ回り；ｆ_back＞ｆ_ns （後ろ回り固有値＋ｆ_r）固定側起動輪（前、後）；ｆ_fix ＞ｆ_ns＋２ｆ_r （前回り固有値＋ｆ_r）となるようにボール数Ｚを設定する。上式は、励振周波
数ｆ_for、ｆ_back、ｆ_fixが（モータ固有値＋ｆ_r）より
も高いことを示している。ここで＋ｆ_rはばらつき等に
対する余裕を設定したものであり、ｆ_rの余裕により、
製作誤差があっても十分に対応できる。このばらつきに
対する余裕は、他の値でもよいが、軸受諸元を設定する
上でｆ_rを用いれば、計算式が容易になる。なお、回転
側軌道輪の最低次励振周波数（前回り、後ろ回り）と
は、外輪回転の場合、外輪１次の前回り成分、外輪１次
の後ろ回り成分であり、内輪回転の場合、内輪１次の前
回り成分、内輪１次の後ろ回り成分である。

【００２０】まず、回転側軌道輪の励振周波数前回り成
分について検討する。回転側軌道輪の最低次前回り励振
周波数ｆ_forは、上記を用いて、ｆ_for＝Ｚ（ｆ_r−ｆ_c）＋ｆ_r で与えられる。ここで、ｆ_cはリテーナの回転周波数
（ボールの公転周期）で、前述した数８で表される。

【００２１】回転軌道輪の最低次前回り励振周波数ｆ
_forをある基準周波数ｆより高くするには、ｆ_for＝Ｚ
（ｆ_r−ｆ_c）＋ｆ_r＞ｆを満たせばよいため、このｆ_for
が基準周波数ｆより高くなるボール数Ｚの条件は、上式
及び数８を用いて、次の数１０のようになる。

【００２２】

【数１０】

【００２３】次に、回転側軌道輪の励振周波数後ろ回り
成分について検討する。回転側軌道輪の最低次後ろ回り
励振周波数ｆ_backは、上記を用いて、ｆ_back＝Ｚ（ｆ_r−ｆ_c）−ｆ_r で与えられる。回転側軌道輪の最低次後ろ回り励振周波
数ｆ_backをある基準周波数ｆより高くするには、ｆ_back
＝Ｚ（ｆ_r−ｆ_c）−ｆ_r＞ｆを満たせばよいため、この
ｆ_backが基準周波数ｆより高くなるボール数Ｚは、上式
及び数８を用いて、次の数１１のようになる。

【００２４】

【数１１】

【００２５】ここで、回転側軌道輪の最低次前回り励振
周波数ｆ_forがある基準周波数ｆより高くなる条件は、
前記数１０であるが、基準周波数ｆを、ｆ＝ｆ_n1＋ｆ_r
（前回り固有値＋回転周波数）とすると、前回り固有値
ｆ_n1は、大体、ｆ_n1＝ｆ_ns＋ｆ_rのように表せる。した
がって、ｆ＝ｆ_n1＋ｆ_r＝ｆ_ns＋２ｆ_rとなり、これを数
１０に代入すると、次の数１が得られる。

【００２６】

【数１】

【００２７】同様に、後ろ回りの場合について、回転側
軌道輪の最低次後ろ回り励振周波数ｆ_backがある基準周
波数ｆより高くなる条件は、前記した数１１のようにな
り、基準周波数ｆを、ｆ＝ｆ_n2＋ｆ_r（後ろ回り固有値
＋回転周波数）とすると、後ろ回り固有値ｆ_n2は大体、
ｆ_n2＝ｆ_ns−ｆ_rのように表せる。従って、ｆ＝ｆ_n2＋
ｆ_r＝ｆ_nsとなり、これを数１１に代入すると、前記数
１と同じになる。従って、回転側軌道輪の最低次前回り
励振周波数ｆ_forを基準周波数ｆより高くする、回転側
軌道輪の最低次後ろ回り励振周波数ｆ_backを基準周波数
ｆより高くする、といった２つの条件を満たすボール数
Ｚは、数１で与えられることになる。

【００２８】次に、固定側軌道輪の最低次励振周波数に
ついて検討する。固定されている軌道輪の最低次励振周
波数ｆ_fix（前回り、後ろ回り）は、上記を用いて、
ｆ_fix＝Ｚｆ_cで与えられ、ボールの公転周期ｆcは前記
数８で表されるから、励振周波数ｆ_fixは、次の数１２
のようになる。

【００２９】

【数１２】

【００３０】固定側軌道輪の励振周波数ｆ_fixがある基
準周波数ｆより高くなるためには、ｆ_fix＞ｆ_nsを満た
せばよいから、励振周波数ｆ_fixが基準周波数ｆより高
くなるボール数Ｚは、上式及び数１２を用いて、次の数
１３のようになる。

【００３１】

【数１３】

【００３２】ここで、固定側軌道輪による励振周波数ｆ
_fixには、前回りと後ろ回りの両方があるが、基準周波
数ｆをｆ＝ｆ_ns＋２ｆ_rとすると、固定側軌道輪による
励振は前回り及び後回りの固有値と共振しない。よって
数１３に、ｆ＝ｆ_ns＋２ｆ_rを代入すると、次の数２が
得られる。

【００３３】ところで、軸受においては、周方向に配置
されたボールの数には、少なくともボール同士が接触し
ないようにするために、次の数３に示すような幾何学的
な上限が存在する。

【００３４】

【数３】

【００３５】以上の通り、本発明の請求項２のスピンド
ルモータによれば、軸受のボール数を、数１、数２、数
３を同時に満足するように設定すれば、回転側軌道輪及
び固定側軌道輪によるラジアル方向の励振周波数を、モ
ータ固有値から余裕を持ってずらせることができ、共振
状態を回避することが可能となる。

【００３６】さらに、本発明の請求項３によるスピンド
ルモータにおいては、前記軸受のボール径Ｄ_wとピッチ
径Ｄ_pwとの関係が、外輪回転の場合に数４、数５の条件
を、内輪回転の場合に数６、数７の条件を満足すること
を特徴とする。

【００３７】

【数４】

【００３８】

【数５】

【００３９】

【数６】

【００４０】

【数７】

【００４１】この請求項３について説明する。上述した
軸受のラジアル方向の励振周波数のうち、ボールによ
る前回りの励振周波数（２ｎｆ_b＋ｆ_c）及びボールに
よる後ろ回りの励振周波数（２ｎｆ_b−ｆ_c）は、ボール
自身の製作精度を上げることで励振の低減が可能である
が、定格回転において、励振周波数が固有値を越えてし
まうようにすれば、共振に対して安全な運転が確保でき
る。

【００４２】具体的には、上記で図１を用いて説明した
ように、ある回転周波数ｆ_rにおけるボールの励振周波
数に対して＋ｆ_rの余裕を設定し、ボール前回り；２ｎｆ_b＋ｆ_c＞ｆ_ns＋２ｆ_r ボール後ろ回り；２ｎｆ_b−ｆ_c＞ｆ_ns となるように、ボール径Ｄ_wとピッチ径Ｄ_pwの関係を定
める。なお、ボールの自転周波数ｆ_bは、次の数１４で
表される。

【００４３】

【数１４】

【００４４】ここで、ボールの最低次の励振周波数があ
る基準周波数ｆより高くなるには、前回り；２ｎｆ_b＋ｆ_c＞ｆ後ろ回り；２ｎｆ_b−ｆ_c＞ｆとすればよく、上式を整理すると、前回りは次の数１
５、後ろ回りは次の数１６となる。

【００４５】

【数１５】

【００４６】

【数１６】

【００４７】そして、前回りの場合、cosα≒１、ｆ＝
ｆ_ns＋２ｆ_rとおいて整理すると、外輪回転の場合、次
の数１７となり、内輪回転の場合、次の数１８となる。
ただし、Ａ＝Ｄ_pw／Ｄ_w、Ｂ＝ｆ_ns／ｆ_rである。

【００４８】

【数１７】

【００４９】

【数１８】

【００５０】同様に、後ろ回りの場合、cosα≒１、ｆ
＝ｆ_nsとおいて整理すると、外輪回転の場合、次の数１
９となり、内輪回転の場合、次の数２０となる。

【００５１】

【数１９】

【００５２】

【数２０】

【００５３】本発明の請求項３に記載のように、軸受の
ボール径Ｄ_wとピッチ径Ｄ_pwの関係を、外輪回転の場
合、数１７（数４）、数１９（数５）、内輪回転の場
合、数１８（数６）、数２０（数７）の条件を満たすよ
うに設定すれば、ボールのラジアル方向励振周波数によ
る共振現象を回避できることがわかる。

【００５４】なお、上述したように、ボール数Ｚ、ボー
ル径Ｄ_w、ピッチ径Ｄ_pwを規定することにより、回転側
軌道輪、固定側軌道輪、ボールの励振は無視することが
できる。前記のリテーナの励振周波数については、リ
テーナ単品の製作精度を上げることで励振振幅自体を小
さくすることが可能である。

【００５５】次に、本発明の請求項４、５、６に記載の
スピンドルモータにおいては、前記軸受のボール数を素
数としたこと、前記軸受のボールをセラミックスにより
構成したこと、前記モータの定格回転数を１００００rp
m以上としたこと、をも特徴とする。

【００５６】請求項２及び請求項３では、ラジアルＮＲ
ＲＯのみについて示したが、同様にアキシャル方向のＮ
ＲＲＯについても考慮する必要がある。請求項２及び請
求項３で示した通り、ラジアルの共振周波数と励振周波
数が合致しないように軸受諸元を決定しているので、ア
キシャルのＮＲＲＯを主体に考えればよい。

【００５７】一般に、軸受の内外輪の歪みの周期が、ボ
ール数と関与したある特定の周期になると、ラジアル、
アキシャルのＮＲＲＯが異常に大きくなることが知られ
ている。図２は、アキシャルＮＲＲＯ振幅に関して軸受
内外輪の歪みの山数とボール数との関係を解析した結果
の一部を示したものである。この図２より、ボール数を
７、１１、１３、…といった素数とすると、ごく限られ
た条件のみ避ければ、アキシャルＮＲＲＯは原理的に発
生しないことがわかる。内外輪の歪みの山数が、図２の
大にならないように、例えば内外輪に形状を転写するハ
ウジング等を加工（チャックのつめ数に留意するなど）
することにより、ＮＲＲＯを全く発生させないようにす
ることができる。

【００５８】また、スピンドルモータを高速回転で使用
する場合においては、耐荷重、軸受寿命の問題がさらに
厳しくなる。スピンドルモータは少なくとも現状とほぼ
同一寸法を維持する必要があるが、上述の方法によって
ボール数が増加すれば、ボール径は自ずと小さくなる。
ボール径が小さくなることにより、ボール１個あたりに
働く応力は大きくなる。このため、高速回転、多数ボー
ルということを満足する解決案としては、軽量、高硬度
で、かつ内外輪と異質材料のセラミックスを使用するこ
とが極めて有効である。

【００５９】さらに、前述したように、軸受の励振周波
数がモータ固有値合致しないように軸受の諸元を設定す
ることに加えて、前記図１より明らかなように、モータ
の定格回転数をより高速化することによっても共振現象
を避けることが可能であり、モータの定格回転数を１０
０００rpm以上とすることも望ましいものである。

【００６０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を参照しつつ詳述する。図３は、例えばハードディス
クを回転駆動する軸固定型のスピンドルモータを示す断
面図である。このスピンドルモータは、ハードディスク
駆動装置のベースに固定される静止部材としてのブラケ
ット２と、このブラケット２の中央ボス部４に下端部が
圧入された固定シャフト６と、固定シャフト６のボス部
４より突出する部分に一対の軸受８，８を介して回転自
在に支持されたロータハブ１０と、ボス部４の外周部に
上方へ突出するように設けられた円筒状壁１２に圧入等
により固定されたステータ１４とを備えている。尚、ブ
ラケット２は装置のベースに一体に構成されていてもよ
い。

【００６１】ロータハブ１０は、ステンレスなどの磁性
材料により構成され、開口が下方に向いたほぼカップ状
に形成され、カップ状外周壁の内周面に前記ステータ１
４の外周面に対向するように環状のロータマグネット１
６が装着され、ロータハブ１０のディスク受け部１８上
にハードディスクＨが保持される。

【００６２】図４は、前記軸受８の詳細を示したもので
あり、シャフト６の外周面に接着剤等で固着される内輪
８ａと、ロータハブ１０の内周面に接着剤等で固着され
る外輪８ｂと、内外輪８ａ，８ｂ間に配置された複数個
の球状のボール８ｃと、このボール８ｃを周方向等間隔
に保持するリテーナ８ｄとを備えたいわゆる玉軸受から
なる。尚、実際には、ボール８ｃの円滑な回転のために
リテーナ８ｄの適所にグリースが適量充填されており、
さらに内外輪８ａ，８ｂ間の軸方向両端面或いは一方の
端面にグリースの流出を防止する円環状シールド板が設
けられている。αは接触角を示している。

【００６３】本発明によるスピンドルモータでは、次の
条件の内１つ又は複数を満足するように、軸受諸元（ボ
ール数Ｚ、ボール径Ｄ_w、ピッチ径Ｄ_pw）が決定されて
いる。イ．モータの定格回転数では、回転側起動輪の最
低次の励振周波数（前回り、後ろ回り）がモータの固有
振動数を越えてしまうようにする。ロ．モータの定格回転数では、固定側起動輪の最低次の
励振周波数（前回り、後ろ回り）がモータの固有振動数
を超えてしますようにする。ハ．モータの定格回転数では、ボールの最低次の励振周
波数（前回り、後ろ回り）がモータの固有振動数を越え
てしますようにする。ニ．モータの定格回転数では、リテーナの励振周波数と
モータの固有振動数とが合致しないようにする。

【００６４】例えば、図３のような外輪回転型軸受を用
いた場合、回転側起動輪つまり外輪の前回り励振周波数
について検討する。定格回転数１００００rpm、モータ
静止時の固有振動数ｆ_ns＝５５０Ｈｚであるスピンドル
モータの固有値は、図５に示すように、前回りが特性Ｌ
＋、後ろ回りが特性Ｌ−でそれぞれ示される。そして、
現行よく使用されている８個ボールの軸受を使用した場
合（ボール数Ｚ＝８，ボール径Ｄ_w＝２ｍｍ、ピッチ径
Ｄ_pw＝９ｍｍ、接触角α＝２２．４ｄｅｇ）、回転する
外輪の最低次の前回り励振周波数は、図５のＦ_o＋のよ
うな特性となり、定格回転時において外輪の励振周波数
がモータ固有値に近接しており、共振現象を起こしやす
い状態にあることがわかる。

【００６５】このとき、前記した数１（複合記号−）で
示したように、回転側起動輪についてのボール数Ｚの条
件を計算してみると（ｆ_r＝１６６．６７Ｈｚ）、Ｚ＞
１０．８２となり、ボール数Ｚを１１個以上とする条件
が得られる。そして、軸受を１１個ボールとして、その
外輪の最低次の前回り励振周波数を求めてみると、図５
のＦ_o＋’のような特性が得られる。これより明らかな
ように、現行８個ボールの軸受に代えて１１個ボールの
軸受を使用することにより、定格回転時における外輪の
励振周波数がモータ固有値を大きく越え、定格運転時に
は共振を生じないことがわかる。

【００６６】以上は、回転起動輪としての外輪の前回り
励振周波数についての検討であるが、同様にして、回転
起動輪後ろ回り励振周波数（数１の複合記号＋）、固定
起動輪の前回り及び後ろ回りの励振周波数（数２）を検
討し、これらの条件を満足するボール数Ｚを決定すれば
よい。

【００６７】ボール８ｃの励振周波数（前回り、後ろ回
り）についても、ボール径Ｄ_w、ピッチ径Ｄ_pwを、前記
数４、数５（外輪回転）、数６、数７（内輪回転）を用
い、定格運転時にモータ固有値を越えるように決定すれ
ば、共振現象を避けることができる。

【００６８】以上、本発明の具体例について説明した
が、本発明は、上述の具体例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

【００６９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、次に記載する効果を奏する。請求項１記載
のスピンドルモータにあっては、モータの定格回転時に
おける軸受構成部材のうち、少なくとも内外輪の最低次
の励振周波数が回転体の最低次の共振周波数以上に設定
されたスーパークリティカル軸受を用いて、回転体を支
持するようにしたので、定格運転時において軸受構成部
材の励振周波数が回転体の共振周波数に一致若しくは近
接することがなく、共振現象を回避し、ＮＲＲＯを低減
した安定で高精度な回転が得られるものである。

【００７０】請求項２記載のスピンドルモータにあって
は、軸受のボール数が、数１，数２及び数３を満たすよ
うに設定されているので、定格運転時における回転側起
動輪及び固定側起動輪のそれぞれの前回り及び後ろ回り
の励振周波数がモータ固有値（前回り及び後ろ回り）を
余裕を持って超えることになり、回転側及び固定側起動
輪による共振現象を回避することができ、ラジアルＮＲ
ＲＯを低減できるものである。

【００７１】請求項３記載のスピンドルモータにあって
は、ボールのボール径及びピッチ径の関係が、外輪回転
の場合数４、数５の条件を、内輪回転の場合数６，数７
の条件を満たすように設定されているため、定格回転時
においてボールの前回り、後ろ回りの励振周波数がモー
タ固有値を超え、ボールによる共振現象を回避すること
ができるものであり、ラジアルＮＲＲＯを低減できる。

【００７２】請求項４記載のスピンドルモータにあって
は、軸受のボール数が素数に設定されているため、前記
図２に示したように、内外輪の歪みの周期、山数に対し
てＮＲＲＯ振幅の発生しない領域が大きく確保され、ご
く限られた条件を回避（容易に回避可能である）するの
みでアキシャルＮＲＲＯ振幅を原理的に発生させないよ
うにすることができるものである。

【００７３】請求項５記載のスピンドルモータにあって
は、軸受のボールをセラミックスにより構成したため、
特に請求項２によりボール数が従来より増加するよう設
定された場合であっても、セラミックスの軽量、高硬度
な性質を利用し、ボール径が小さくても十分な耐応力性
を発揮でき、耐荷重及び軸受寿命に優れた高速回転可能
なスピンドルモータを提供できるものである。

【００７４】請求項６記載のスピンドルモータによれ
ば、モータ定格回転が１００００rpm以上に設定されて
いるため、定格回転時における軸受の励振周波数がモー
タの最低次の共振周波数を超える方向にずれやすくな
り、軸受の励振周波数をモータ固有値からずらせるため
の軸受諸元の設定が楽になり、共振現象を回避する上で
非常に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を説明するためのモータ固有値と
軸受の励振周波数との関係図である。

【図２】軸受のアキシャルＮＲＲＯの振幅に関する内外
輪の歪み山数とボール数との関係を説明するための図で
ある。

【図３】本発明のスピンドルモータの具体例を示す断面
図である。

【図４】図３で用いられる軸受を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）は切断正面図である。

【図５】軸受外輪の前回り励振周波数とモータ固有値と
の関係を示した回転速度と振動周波数との関係図であ
る。

【符号の説明】

２ブラケット（静止部材）８軸受８ａ内輪８ｂ外輪８ｃボール１０ロータハブ（回転体）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】静止部材に対して軸受を介して回転体を
回転自在に支持してなるスピンドルモータにおいて、前記軸受は、内輪と、外輪と、内外輪間に周方向等間隔
に配置された複数個のボールとを有してなり、かつ、モ
ータの定格回転時における軸受構成部材のうち、少なく
とも内外輪の最低次の励振周波数が前記回転体の最低次
の共振周波数以上に設定されたスーパークリティカル軸
受である、ことを特徴とするスピンドルモータ。
【請求項２】前記軸受のボール数Ｚは、ボール径をＤ
_w、ピッチ径をＤ_pw、ボールの内外輪に対する接触角を
α、モータ回転周波数をｆ_r、モータの静止時における
固有振動周波数をｆ_nsとしたとき、次の数１、数２及び
数３を同時に満たすように設定されていることを特徴と
する請求項１記載のスピンドルモータ。【数１】【数２】【数３】
【請求項３】前記軸受のボール径Ｄ_wとピッチ径Ｄ_pw
との関係が、外輪回転の場合に次の数４、数５の条件
を、内輪回転の場合に次の数６、数７の条件を満足する
ことを特徴とする請求項１又は２記載のスピンドルモー
タ。【数４】【数５】【数６】【数７】
【請求項４】前記軸受のボール数を素数とした請求項
１〜３のいずれかに記載のスピンドルモータ。
【請求項５】前記軸受のボールをセラミックスにより
構成した請求項１〜４のいずれかに記載のスピンドルモ
ータ。
【請求項６】前記モータの定格回転数は、１００００
rpm以上である請求項１〜５記載のスピンドルモータ。