JP2000249149A - 玉軸受ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】分割していない通常の軌道輪からなる玉軸受で
あっても、１個の玉軸受でスピンドルを構成する軸部材
を支持できる玉軸受ユニットを提供する。 【解決手段】玉軸受Ａと、該玉軸受Ａの内輪１に取り付
けられる軸部材Ｂとからなる玉軸受ユニットである。上
記玉軸受Ａの内外輪１，２にそれぞれ形成する軌道溝１
ａ、２ａをゴシックアーク溝にする。内輪１に締まりば
めで軸部材Ｂを圧入することで、軸受Ａに対し半径方向
の予圧を付与した状態に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＰＵ冷却ファン
用スピンドルユニットなどの超薄型スピンドルユニット
等への適用に好適な玉軸受ユニットに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ノート型パソコンなどに使用さ
れるＭＰＵ冷却ファン用のスピンドルユニットは、図２
に示すように、軸部材３０が二つの玉軸受３１で支持さ
れる。その各玉軸受３１の内外輪の軌道溝の形状は通
常、単一Ｒ形状となっている。また、内外輪の軌道輪を
ゴシックアーク溝に加工した玉軸受がある。この玉軸受
であっても、組立上の問題から、ラジアル隙間がプラス
となっているため、軸部材を支持する場合には、２個の
玉軸受が必要である。

【０００３】ここで、上記ゴシックアーク溝を持った玉
軸受において、内輪若しくは外輪として２分割された軌
道輪部品を使用することで、ラジアル隙間をマイナスと
して半径方向の予圧を与えるものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、ＭＰＵ冷却フ
ァンなどの小型且つ薄型の部品では、寸法要求が厳し
く、例えば厚さ方向の寸法をできるだけ小さくする場合
には、モータの回転軸が厚さ方向に配置されるため、軸
部材３０を支持する軸受部分の軸方向寸法Ｌ２も短くす
る必要があり、その分、軸受３１に組み込まれる玉（転
動体）の玉径も小さくせざるを得ない。

【０００５】特に、従来のように軸部材３０を２個の玉
軸受３１で支持させるスピンドル構造では、二つの軸受
３１，３１が所定の間隔をあけて軸方向に並ぶ関係か
ら、一層、各軸受３１に組み込まれる玉の玉径を小さく
せざるを得ない。例えば、ＭＰＵ冷却ファン用スピンド
ルを支持する玉軸受の玉の玉径が０．６mm以下となる。
しかしながら、上記軸受３１の玉径を小さくすればする
ほど、スピンドルユニットに組み込まれた軸受３１の負
荷容量，剛性、耐衝撃性が不利になるが、このような特
性は、スピンドルユニットにとって重要な特性である。

【０００６】すなわち、従来のように、２つの軸受３１
で軸部材３０を支持するスピンドルユニットでは、ＭＰ
Ｕ冷却ファン等の薄型の部品に使用する場合に、薄型と
なるほど、上記負荷容量等の特性からみて不利なスピン
ドルユニットとなるという問題がある。ここで、上記の
ような、ゴシックアーク溝を持った内外輪を使用し且つ
内輪（若しくは外輪）として２分割タイプのものを使用
した玉軸受で軸部材を支持させる場合には、玉が４点接
触で内外輪の軌道輪と接触するため、本発明と同様に、
軸部材を支持する玉軸受を１つにできるが、内輪が２分
割されている関係上、軌道輪の加工や組立作業の観点か
らコストが高くなる。

【０００７】本発明は、上記のような問題点に着目して
なされたもので、分割していない通常の軌道輪からなる
玉軸受であっても、１個の玉軸受でスピンドルを構成す
る軸部材を支持できる玉軸受ユニットを提供することを
課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、玉軸受と、該玉軸受の内輪に取り付けら
れる軸部材とからなる玉軸受ユニットであって、上記玉
軸受の内外輪にそれぞれ形成する軌道溝をゴシックアー
ク溝にすると共に、内輪に締まりばめで軸部材を圧入す
ることで軸受に対し半径方向の予圧が付与されているこ
とを特徴とする玉軸受ユニットを提供するものである。

【０００９】本発明によれば、分割されていない通常の
軌道輪を使用することで、軸受組立時にラジアル隙間が
あっても、軸部材の圧入によって発生する内輪の弾性変
形による拡径を利用して半径方向の予圧が付与されてい
るので、各玉は、確実に内輪及び外輪の軌道溝に接触し
た状態となる。さらに、各軌道輪の軌道溝をゴシックア
ークとすることで、常に、玉は内外輪の軌道溝にそれぞ
れ２点ずつ接触、つまり玉が確実に４点接触状態に保持
されて、１つの玉軸受だけでも軸回転する軸部材を支持
可能となる。

【００１０】ここで、従来から、軸部材を締まりばめで
内輪に取り付け、軸部材の取付けによって内輪外径面が
拡径方向に弾性変形することはあるが、一般に、半径方
向に予圧を与えることを目的としているものではなく、
従来にあっては、最終的なラジアル隙間が目的のプラス
値となるように、軸部材を取付ける前の内輪外径を弾性
変形分だけ小さく設計している。

【００１１】また、本発明は、軸部材圧入による弾性変
形を利用して積極的に半径方向の予圧を与えただけでな
く、この半径方向の予圧と共に、軌道溝形状を特定する
ことによる相乗効果に特徴がある。次に、請求項２に記
載した発明は、請求項１に記載した構成において、上記
軌道溝を楕円溝としたことを特徴とする玉軸受ユニット
を提供するものである。

【００１２】ここで、楕円溝とは、楕円における長径側
の輪郭若しくは該輪郭に近似する輪郭に沿った形状の溝
をいう。請求項２に係る発明の作用は、上記請求項１の
発明と同様である。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。本実施形態の玉軸受ユニットは、
図１に示すように、分割されていない通常の軌道輪１，
２からなる玉軸受Ａの内輪１にスピンドル軸となる軸部
材Ｂが取り付けられて構成されている。

【００１４】玉軸受Ａにおける内輪１及び外輪２の各軌
道溝１ａ、２ａは、ともにゴシックアーク溝に加工され
ている。内輪１に軸部材Ｂを取り付ける前の玉軸受Ａ単
品の状態では、従来と同様に、プラスのラジアル隙間を
もっているが、締まりばめ状態で内輪１に軸部材Ｂを圧
入して取り付けるときに生じる、内輪１の軌道溝１ａで
の拡径方向の弾性変位量を上記ラジアル隙間より大きく
設計することで、軸部材Ｂを取り付けた後の玉軸受ユニ
ットでは、軸受Ａは、マイナスのラジアル隙間つまり半
径方向の予圧が付与された状態となる。マイナスのラジ
アル隙間の量、つまり予圧の大きさは、要求される性能
に合わせて、設定すればよい。

【００１５】なお、外輪２は、ハウジングに接着等の手
段により固定する。上記構成の玉軸受ユニットでは、半
径方向の予圧があることから、軸受Ａの玉３は、図１に
示すように、内輪１及び外輪２の各軌道溝１ａ、２ａに
対してそれぞれ軸方向に離れた２点Ｐで常に接触した状
態となり、１個の玉軸受Ａだけで軸回転する軸部材Ｂを
確実に支持できる。

【００１６】従って、ＭＰＵ冷却用ファンなどのよう
に、スピンドルにおける軸方向の寸法が厳しい場合で
も、軸部材Ｂを１個の玉軸受Ａで支持できるため、従来
のように２個の軸受で支持する場合に比べて、軸受の寸
法を大きく、つまり、軸受に組み込む玉３の径を大きく
設定できる。したがって、本発明に基づく玉軸受ユニッ
トを用いて軸部材Ｂを１個の玉軸受Ａで支持したスピン
ドルユニットは、従来のように軸部材を二つの玉軸受で
支持させたスピンドルユニットと比較して、スラスト方
向やラジアル方向の剛性及びモーメント剛性を共に大き
くすることができる。この結果、所要の性能を確保しつ
つ、従来よりも小型のスピンドルユニットを提供可能と
なる。

【００１７】なお、軸部材Ｂを支持する玉軸受Ａを１個
とすると、軸受Ａにおける径方向の寸法が大きくなる場
合もあるが、冷却ファンのような部品では、一般に、軸
方向の寸法が厳しくても、径方向の寸法の制限は比較的
に緩いため問題はない。また、軌道溝１ａ、２ａをゴッ
シクアークとした４点接触玉軸受Ａを２つ使用して軸部
材Ｂを支持させても、ラジアル隙間がプラスの場合（半
径方向の予圧が無い場合）には、荷重状態やアライメン
ト等によって、軸受使用の際に、玉が２点接触状態、３
点接触状態、４点接触状態と変化することが発生し得
る。このような変化が発生すると、玉の自転軸が変動し
て、トルクが不安定となる。これに対して、上記実施形
態の玉軸受ユニットを採用すると、確実に玉３に対して
４点接触状態が保持されて、玉３の自転軸の変化が抑え
られトルクが安定する。すなわち、スピンドルを一定の
状態で回転させることが可能となり、上記玉軸受ユニッ
トを組み込んだスピンドルユニットさらにはモータの性
能が良いこととなる。

【００１８】また、通常の分割されていない（リング状
の）軌道輪１，２を使用した玉軸受Ａに、軸部材Ｂを圧
入により取り付ける際の内輪１の弾性変形を利用して半
径方向の予圧を付与して構成されるために、内輪１を２
分割して半径方向の予圧を付与する場合に比べて、組立
作業が簡易になるなど、製造コストが安価となる。つま
り、従来の軌道溝が単一Ｒ形状からなる通常の玉軸受と
同様な組立ラインで、本実施形態に使用する玉軸受Ａ単
品の製造ができ、良品のみを後工程に送り、ラジアル隙
間や内輪１の内径寸法測定によって、圧入する軸部材Ｂ
の選定及びその篏合をすることが可能となり、生産工程
上も対応が簡単でコスト的にも有利である。

【００１９】しかも、スピンドルユニットに組み込む軸
受Ａが１個となるので、従来のように２個の軸受を組み
込む場合に比べて安価となる。ここで、軌道溝１ａ、２
ａの形状をゴシックアークに加工することについては、
研削はロータリドレッサにて対応可能であり、仕上げに
ついては、例えば特開平３−１４９１７８号公報等に記
載の方法を採用することで、通常のＲ溝形状と同様に加
工できる。その他の工程については、普通のＲ溝形状の
加工工程と同じにして問題はない。逆に、溝径寸法測定
は、ゴシックアーク溝とした方が容易となる。

【００２０】また、軸部材Ｂの圧入による内輪１の弾性
変形による予圧のための拡径量は、小さいほど設計が容
易であり且つ精度を向上させやすくなるので、玉軸受Ａ
単品でのラジアル隙間は組立可能な限り小さく設計する
方が良い。また、部品の材質や寸法などに基づき、予
め、内輪１への軸部材Ｂの圧入による締め代と、内輪１
の軌道溝１ａ、２ａでの膨張量（拡径量）との関係を求
めておき、予定している予圧に対応する締め代や軸部材
Ｂの圧入力を求めればよい。上記締め代は、例えば、内
輪１の拡径量の１．５２倍程度となる。

【００２１】なお、軸受が小型化するほど、上記内輪１
の拡径量の公差は相当小さい値となると想定され、玉軸
受ユニットの性能精度を高めにする場合には、製造した
玉軸受Ａ単品について、洗浄及び音響検査を実施して、
良品だけを使用するようにする。

【００２２】

【実施例】玉径０．５mmφの玉を組み込んだ単一Ｒ形状
の軌道溝を持つ玉軸受を２個使用して軸部材を支持させ
た比較例の場合（図２参照）と、上記実施形態に基づ
く、玉径２mmφの玉３を組み込んだ４点接触形式の玉軸
受Ａで軸部材Ｂを支持させた実施例の場合（図１参照）
とで、スピンドル性能を比較してみた。なお、比較例に
おける二つの軸受による軸方向の寸法Ｌ２と、上記４点
接触形式の玉軸受Ａの軸方向寸法Ｌ１は同一としてあ
る。

【００２３】結果は、本発明に基づく実施例のスピンド
ルの方が、比較例のスピンドルに比べて、スラスト剛性
で２．９倍、ラジアル剛性で２．０倍、モーメント剛性
で２．１倍と大幅に性能が良い。従って、従来と同様な
性能を持たせる場合には、さらに、玉軸受Ａの軸方向寸
法Ｌ１を小さくできると想定される。このことは、本発
明に基づく玉軸受ユニットを使用することで、例えば、
同一性能のＭＰＵ用冷却ファンをさらに薄型に設計可能
となることになる。

【００２４】なお、上記軌道溝は、ゴシックアーク溝に
替えて、図３に示す楕円の一部からなる楕円溝とするこ
とが可能であり、上記と同様な作用・効果を持つ。さら
に、内輪内径面に図４に示すように、逃げ溝２０を設け
て、内輪１の内径と軸Ｂとのはめあい公差を緩めること
も可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の玉軸
受ユニットを使用すると、１つの玉軸受で軸部材を確実
に支持できて、スピンドルとして使用した場合に、スピ
ンドルの軸方向寸法を小さく設定することができる。し
かも、従来のように２個の玉軸受で軸部材を支持させる
場合と比較してスラスト、ラジアル、及びモーメントの
各剛性が共に向上し、かつ、トルク変動も低減するの
で、スピンドルとして使用した場合に回転精度が向上す
る。

【００２６】さらに、上記のような効果を持つにも関わ
らず、従来の単一Ｒ溝形状を持った通常の玉軸受と同様
な製造工程で玉軸受部分が製造でき、コスト的にも有利
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく実施形態に係る玉軸受ユニット
を示す図である。

【図２】従来のスピンドル構造を示す図である。

【図３】軌道溝を楕円溝とした例を示す図である。

【図４】逃げ溝を示す図である。

【符号の説明】

Ａ 玉軸受 Ｂ 軸部材 １ 内輪 １ａ 軌道溝 ２ 外輪 ２ａ 軌道溝 ３ 玉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 玉軸受と、該玉軸受の内輪に取り付けら
   れる軸部材とからなる玉軸受ユニットであって、上記玉
   軸受の内外輪にそれぞれ形成する軌道溝をゴシックアー
   ク溝にすると共に、内輪に締まりばめで軸部材を圧入す
   ることで軸受に対し半径方向の予圧が付与されているこ
   とを特徴とする玉軸受ユニット。
2. 【請求項２】 請求項１において、上記軌道溝を楕円溝
   としたことを特徴とする玉軸受ユニット。