JP5465970B2

JP5465970B2 - 転がり軸受装置

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Publication number: JP5465970B2
Application number: JP2009228966A
Authority: JP
Inventors: 貴之小坂
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-09-30
Also published as: JP2011075066A

Description

本発明は、転がり軸受装置に関するものである。

一般に、転がり軸受装置は、同軸に配置された内輪および外輪を備える転がり軸受と、転がり軸受の内輪に嵌合される内筒と、転がり軸受の外輪を嵌合させる外筒とにより構成され、内筒および外筒が転がり軸受により相対回転自在に支持されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。特許文献１に記載の転がり軸受装置は、シャフト（内筒）と内輪との嵌合部分およびハウジング（外筒）と外輪との嵌合部分がそれぞれ接着剤により接合され、特許文献２に記載の転がり軸受装置では、シャフトと内輪との嵌合部分が嫌気性の接着剤により接合されている。

特開平１１−１８２５４３号公報特開２０００−３４６０８５号公報

しかしながら、嫌気性接着剤にはアウトガス成分が多く、転がり軸受装置が使用されるハードディスクドライブ（ＨＤＤ）の磁気ディスクにアウトガスが付着すると、記録や再生に影響を与えることがある。また、嫌気性接着剤は硬化時間が長いため、生産性が低いという不都合がある。さらに、従来の転がり軸受装置のように各嵌合部分をそれぞれ接着剤により接合した場合、温度変化によって接着剤の剛性が変動し、これにより予圧が変化して共振周波数やトルクが変動する不都合がある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、生産性の向上およびアウトガスの低減を図るとともに、共振周波数変動およびトルク変動の発生を防止した転がり軸受装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。

本発明は、同軸に配置される内輪および外輪と、これら内輪と外輪との間の円環状空間に周方向に間隔をあけて複数配置される転動体とを備え、軸方向に間隔をあけて配列される２つの転がり軸受と、該転がり軸受の前記内輪に嵌合される第１の部材と、前記転がり軸受の前記外輪を嵌合させる嵌合孔を有する第２の部材と、前記内輪および前記外輪の少なくとも１つに軸方向に隣接して配置され、前記内輪および前記外輪の半径方向に照射されるレーザ光により前記第１の部材または前記第２の部材に重ね合わせ溶接されている固定部材と、を備える転がり軸受装置であって、前記固定部材は、前記第１の部材と前記第２の部材のうち前記固定部材と溶接されている方の部材と同じ物質により形成されていることを特徴とする転がり軸受装置を提供する。

本発明によれば、固定部材に対して内輪または外輪の半径方向からレーザ光を照射することで、レーザ溶接時の応力の発生方向を半径方向に限定し、固定部材を第１の部材または第２の部材の軸方向に固定することができる。これにより、固定部材に隣接して配置されている内輪または外輪の軸方向の移動を規制し、嵌合部分を軸方向に固定することができる。

この場合において、固定部材が内輪または外輪と物理的に分離されているので、溶接時の熱応力が内輪または外輪に伝達されるのを防止し、内輪または外輪の真円度が低下するのを防ぐことができる。また、固定部材として重ね合わせ溶接に適切な材質や形状を選択することができる。例えば、固定部材の材質としては、重ね合わせ溶接される第１の部材または第２の部材の材質と同じものが好ましい。

上記発明においては、前記固定部材が、前記第１の部材を嵌合させる内輪側リングまたは前記第２の部材に嵌合される外輪側リングであることとしてもよい。
このように構成することで、レーザ溶接時に内輪または外輪の半径方向に応力が働いても、固定部材と第１の部材または第２の部材との相対的な半径方向の移動を規制することができる。また、内輪側リングまたは外輪側リングにより、内輪または外輪の周方向全体にわたる軸方向の位置ずれを防ぐことができる。

また、上記発明においては、前記内輪間または前記外輪間の一方に軸方向に挟まれるスペーサ部を備え、他方の前記内輪または前記外輪が、軸方向に隣接する前記内輪または前記外輪に対して相対的に近接する方向に押圧された状態で前記第１の部材または前記第２の部材に固定されていることとしてもよい。

このように構成することで、内輪間または外輪間の一方にスペーサ部が挟まれることにより、他方の外輪間または内輪間にはスペーサ部の長さに応じた隙間が形成されるので、他方の内輪または外輪を軸方向に押圧するだけで内輪どうしまたは外輪どうしを近接させて２つの転がり軸受に予圧をかけることができる。したがって、内輪または外輪を押圧した状態でレーザ光を照射することにより、転がり軸受に予圧をかけた状態を簡易に維持することができる。

本発明によれば、生産性の向上およびアウトガスの低減を図るとともに、共振周波数変動およびトルク変動の発生を防止することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置の縦断面図である。本発明の第１の実施形態の参考例に係る内輪とシャフトとの溶接箇所の縦断面図である。本発明の第１の実施形態の変形例に係る転がり軸受装置の縦断面図である。スポット径と溶け込み深さとの関係を示した断面図である。本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受装置の縦断面図である。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る転がり軸受装置１０は、例えば、図１に示すように、磁気記録装置（ＨＤＤ）や光記録装置等に用いられるスイングアーム等を揺動するためのものである。この転がり軸受装置１０は、軸方向に間隔をあけて同軸に配列される第１の転がり軸受１Ａおよび第２の転がり軸受１Ｂ（以下、第１の転がり軸受１Ａと第２の転がり軸受１Ｂを合わせて「転がり軸受１Ａ，１Ｂ」という。）と、これら転がり軸受１Ａ，１Ｂに嵌合されるシャフト（第１の部材）１３と、転がり軸受１Ａ，１Ｂを嵌合させる嵌合孔２５を有するスリーブ（第２の部材）２３とを備えている。

転がり軸受１Ａ，１Ｂは、シャフト１３とスリーブ２３とを相対的に回転させるためのものである。
第１の転がり軸受１Ａは、同軸に配置された内輪３ａおよび外輪５ａと、これら内輪３ａと外輪５ａとの間の円環状空間に周方向に間隔をあけて内蔵される複数個の転動体７とを備えている。なお、転動体７は、図示しないリテーナにより等間隔配置された状態で転動可能に保持されている。

第１の転がり軸受１Ａの内輪３ａの外周面には、深溝型若しくはアンギュラ型の内輪軌道が設けられている。また、外輪５ａの内周面には、深溝型若しくはアンギュラ型の外輪軌道が設けられている。

また、内輪３ａにはシャフト１３が嵌合され、内輪３ａとシャフト１３との嵌合部分が接着または溶接により固定されている。
一方、外輪５ａは、スリーブ２３の嵌合孔２５に嵌合され、外輪５ａと嵌合孔２５との嵌合部分が接着または溶接により固定されている。なお、内輪３ａと外輪５ａは軸方向にほぼ等しい長さを有している。

第２の転がり軸受１Ｂは、第１の転がり軸受１Ａと同様に、内輪３ｂおよび外輪５ｂと、転動体７と、リテーナ（図示略）とを備えている。また、内輪３ｂの外周面には深溝型若しくはアンギュラ型の内輪軌道が設けられ、外輪５ｂの内周面には深溝型若しくはアンギュラ型の外輪軌道が設けられている。

内輪３ｂは、軸方向の長さが外輪５ｂより長く形成されている。内輪３ｂの第１の転がり軸受１Ａから遠い側に配置される端部は、径方向に対向して配置される外輪５ｂの端部より軸方向に突出している。以下、内輪３ｂにおけるこの突出している部分を突出部（溶接部）３４という。

この内輪３ｂにはシャフト１３が嵌合され、内輪３ｂとシャフト１３との嵌合部分が突出部３４とシャフト１３との重ね合わせ溶接により固定されている。具体的には、突出部３４に対して半径方向（すなわち、厚さ方向）に照射されたレーザ光により、突出部３４の内周面とシャフト１３の外周面との重なり合う部分がレーザ溶接されている。図１において、符号３３はレーザ照射範囲を示している。
外輪５ｂは、外輪５ａと同様に、スリーブ２３の嵌合孔２５に嵌合され、嵌合部分が接着または溶接により固定されている。

シャフト１３は、略円柱状部材または略円筒状部材であり、軸方向の一端に全周にわたって半径方向外方に突出する鍔状のフランジ部１５が設けられている。このシャフト１３には、フランジ部１５側から順に第１の転がり軸受１Ａおよび第２の転がり軸受１Ｂが嵌め込まれており、第１の転がり軸受１Ａの内輪３ａの端面がフランジ部１５に突き当てられている。

また、転がり軸受１Ａ，１Ｂの内輪３ａ，３ｂが相互に近接する方向に押圧された状態でシャフト１３に固定されている。これにより、転がり軸受１Ａ，１Ｂに予圧がかけられた状態となり、内輪３ａ，３ｂおよび外輪５ａ，５ｂと転動体７とが隙間なく接触させられている。

スリーブ２３の嵌合孔２５の内面には、軸方向の略中央に内側に向かって突出する凸部（以下、「スペーサ部」という。）２７が設けられている。この嵌合孔２５には、スペーサ部２７を挟んで軸方向の一方に第１の転がり軸受１Ａ、他方に第２の転がり軸受１Ｂがそれぞれ嵌め込まれており、外輪５ａ，５ｂの互いに対向する端面がそれぞれスペーサ部２７に突き当てられている。以下、嵌合孔２５の第１の転がり軸受１Ａが嵌め込まれている部分を「第１の嵌合部２９Ａ」といい、第２の転がり軸受が嵌め込まれている部分を「第２の嵌合部２９Ｂ」という。

次に、このように構成された本実施形態に係る転がり軸受装置１０の組み立て方法について説明する。
まず、第１の転がり軸受１Ａの内輪３ａにシャフト１３を嵌合させ、内輪３ａの端面をフランジ部１５に突き当てる。ここで、シャフト１３に予め接着剤を塗布しておき、内輪３ａとシャフト１３とを接着することとしてもよい。また、接着に代えて、内輪３ａとシャフト１３とを溶接することとしてもよい。

次に、スリーブ２３の第２の嵌合部２９Ｂに第２の転がり軸受１Ｂの外輪５ｂを嵌合させ、外輪５ｂの端面を嵌合孔２５のスペーサ部２７に突き当てる。内輪３ａとシャフト１３との嵌合部分と同様に、第２の嵌合部２９Ｂに予め接着剤を塗布しておき外輪５ｂと第２の嵌合部２９Ｂとを接着することとしてもよいし、接着に代えて外輪５ｂと第２の嵌合部２９Ｂとを溶接することとしてもよい。

続いて、第１の転がり軸受１Ａに嵌め込まれたシャフト１３をフランジ部１５が鉛直下向きになるように固定した状態で、第２の転がり軸受１Ｂが嵌め込まれたスリーブ２３を嵌め合わせる。具体的には、スリーブ２３に嵌め込まれている第２の転がり軸受１Ｂの内輪３ｂにシャフト１３を嵌合させるとともに、シャフト１３が嵌め込まれている第１の転がり軸受１Ａの外輪５ａを第１の嵌合部２９Ａに嵌合させて、外輪５ａの端面をスペーサ部２７に突き当てる。外輪５ｂと第２の嵌合部２９Ｂとの嵌合部分と同様に、外輪５ａと第１の嵌合部２９Ａとを接着または溶接により固定することとしてもよい。

続いて、内輪３ｂの突出部３４とシャフト１３を重ね合わせ溶接により固定する。
ここで、転がり軸受１Ａ，１Ｂの内輪３ａ，３ｂ間には、外輪５ａ，５ｂ間に挟まれたスペーサ部２７の長さに応じた隙間が形成されているので、内輪３ａと内輪３ｂとを相互に近接させる方向に押圧して転がり軸受１Ａ，１Ｂに予圧をかける。

この場合に、第１の転がり軸受１Ａの内輪３ａがフランジ部１５に突き当てられているので、内輪３ａに対して軸方向の反対側に配置された第２の転がり軸受１Ｂの内輪３ｂを軸方向に押圧するだけで、転がり軸受１Ａ，１Ｂに簡易に予圧をかけることができる。

そこで、内輪３ｂを軸方向に押圧して転がり軸受１Ａ，１Ｂに予圧をかけた状態で、内輪３ｂの突出部３４に対して半径方向にレーザ光を照射し、突出部３４の内周面とシャフト１３の外周面とをレーザ溶接する。これにより、転がり軸受１Ａ，１Ｂに予圧をかけた状態で転がり軸受１Ａ，１Ｂとシャフト１３およびスリーブ２３との各嵌合部分が固定された転がり軸受装置１０が完成する。

この場合に、突出部３４が外輪５ｂの端部より軸方向に突出しているので、外輪５ｂに妨げられることなく外輪５ｂ側から突出部３４の外周面に半径方向に向かって容易にレーザ光を照射することができる。これにより、突出部３４の内周面とシャフト１３の外周面の重なり合う部分が溶融し、その後に硬化して収縮する際に応力の発生方向を半径方向に限定することができる。

したがって、例えば、図２に参考例として示すように、内輪３ｂの端面とシャフト１３の外周面とが交差する箇所を隅肉溶接する場合のように、溶融した溶接箇所Ｆが硬化する際の収縮により半径方向に交差する方向に応力が働くの防ぎ、内輪３ｂとシャフト１３が相対的に軸方向に位置ずれするのを防止することができる。

また、内輪３ｂにはシャフト１３が嵌合されているので、半径方向に応力が働いても、内輪３ｂとシャフト１３との相対的な半径方向の移動を規制することができる。したがって、嵌合部分を軸方向および半径方向に精度よく固定することができる。

また、レーザ溶接により内輪３ｂとシャフト１３との嵌合部分を固定することで、従来のように嫌気性接着剤を用いて嵌合部分を固定する場合のようなアウトガスの発生を防止できるとともに、固定するのにかかる時間を短縮して生産性の向上を図ることができる。また、接着剤を用いた場合のような温度変化による接着剤の剛性変動に起因する予圧変化を回避し、共振周波数およびトルクの安定化を図ることができる。

なお、本実施形態においては、溶接部として内輪３ｂの軸方向の一端に配置される突出部３４を例示して説明したが、例えば、内輪３ａや外輪５ａ，５ｂが軸方向の一端に溶接部を備え、これらの溶接部がシャフト１３あるいはスリーブ２３に重ね合わせ溶接されることとしてもよい。

また、本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、突出部３４が単に内輪３ｂの軸方向に突出する形状であるとしたが、図３に示すように、内輪３ｂにおける転動体７の接触面を有する部分を厚肉部３２とした場合に、突出部３５が厚肉部３２より薄い半径方向厚さを有することとしてもよい。図４に示すように、レーザ溶接の溶け込み深さＤはレーザ光のスポット径ｄに比例するので、突出部３５の肉厚を薄くするほどレーザ光のスポット径ｄを小さくすることができる。したがって、突出部３５を薄肉化することで、スポット径ｄを小さくして突出部３５の縮小化を図ることができる。なお、レーザ溶接の実用的な溶け込み深さＤはスポット径の１〜３倍であるので、突出部３５の半径方向厚さをスポット径ｄの３倍以下とすることが好ましい。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受装置について説明する。
本実施形態に係る転がり軸受装置１１０は、図５に示すように、内輪１０３ｂが突出部３４を備えず外輪５ｂとほぼ等しい長さを有し、また、シャフト１３を嵌合させる環状の内輪側リング（固定部材）１３４が内輪１０３ｂの軸方向に隣接して配置されている点で第１の実施形態と異なる。
以下、本実施形態の説明において、第１の実施形態に係る転がり軸受装置１０の構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

内輪側リング１３４は、内輪１０３ｂの内径寸法および外形寸法と略等しい筒状部材である。この内輪側リング１３４は、シャフト１３を嵌合させて内輪３ｂの端面に突き当てられた状態で、半径方向に照射されるレーザ光によりシャフト１３に重ね合わせ溶接されている。また、内輪側リング１３４は、例えば、シャフト１３の材質と同じ材質（例えば、ＳＵＳ３０３等）により形成されている。

このように構成された転がり軸受装置１１０の組み立て方法としては、第１の転がり軸受１Ａに嵌め込まれたシャフト１３と第２の転がり軸受１Ｂが嵌め込まれたスリーブ２３とを嵌合させた後、内輪側リング１３４にシャフト１３を嵌合させ、内輪１０３ｂの端面に内輪側リング１３４を突き当てる。

続いて、内輪側リング１３４および内輪１０３ｂを内輪３ａに近接させる方向に押圧する。この状態で、内輪側リング１３４に対して外輪５ｂ側からレーザ光を照射し、内輪側リング１３４とシャフト１３とを重ね合わせ溶接する。これにより、転がり軸受１Ａ，１Ｂに予圧をかけた状態で転がり軸受１Ａ，１Ｂとシャフト１３およびスリーブ２３との各嵌合部分が固定された転がり軸受装置１１０が完成する。

この場合に、内輪側リング１３４に対して半径方向にレーザ光を照射することで、レーザ溶接時の応力の発生方向を半径方向に限定し、内輪側リング１３４を軸方向に位置ずれさせることなくシャフト１３に固定することができる。これにより、内輪側リング１３４に隣接して配置されている内輪１０３ｂの軸方向の移動を規制し、嵌合部分を軸方向に固定することができる。

また、内輪側リング１３４にはシャフト１３が嵌合されているので、レーザ溶接時に内輪側リング１３４の半径方向に応力が働いても、内輪側リング１３４とシャフト１３の相対的な半径方向の移動を規制することができる。

また、内輪側リング１３４が内輪１０３ｂと物理的に分離されているので、溶接時の応力が内輪１０３ｂに伝達されるのを防止し、内輪１０３ｂの真円度が低下するのを防ぐことができる。また、固定部材として、シャフト１３と同じ物質により形成される環状の内輪側リング１３４を採用することで、内輪１０３ｂの周方向全体にわたる軸方向の位置ずれを防ぐとともに、重ね合わせ溶接により内輪側リング１３４とシャフト１３とを一体化し易くすることができる。

なお、本実施形態においては、固定部材として内輪側リング１３４を例示して説明したが、例えば、固定部材として内輪３ａに隣接して配置される内輪側リングや外輪５ａ，５ｂの軸方向に隣接して配置される外輪側リングを採用することとしてもよい。また、環状の固定部材に代えて円弧状の固定部材を採用することとしてもよい。
また、本実施形態においては、内輪側リング１３４が内輪１０３ｂの内径寸法および外形寸法と略等しい筒状部材であるとしたが、これに代えて、例えば、内輪側リング１３４が内輪１０３ｂより薄い半径方向厚さを有するものであってもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上記各実施形態においては、第２の部材として、嵌合孔２５の内面にスペーサ部２７を備えるスリーブ２３を例示して説明したが、これに代えて、例えば、スペーサ部２７を備えないスリーブを採用し、転がり軸受１Ａ，１Ｂの内輪３ａ，３ｂ間または内輪３ａ，１０ｂ間にリング状の間座を挟む構成としてもよい。この場合、外輪５ａ，５ｂ間に間座の長さに応じた隙間が形成されるので、外輪５ａ，５ｂどうしを近接させる方向に押圧することとすればよい。また、外輪５ａ，５ｂが突出部（溶接部）を備える構成にしたり、あるいは、外輪５ａ，５ｂの軸方向の一端に環状の外輪側リング（固定部材）を配置したりし、突出部あるいは外輪側リングをスリーブ２３の嵌合孔２５に重ね合わせ溶接することとすればよい。

また、上記各実施形態においては、突出部３４，３５または内輪側リング１３４とシャフト１３との重ね合わせ溶接により嵌合部分を固定することとしたが、例えば、シャフト１３の外周面やスリーブ２３の嵌合孔２５等に接着剤を塗布し、同一の嵌合部分において重ね合わせ溶接による固定と接着剤による固定とを併用することとしてもよい。

１Ａ第１の転がり軸受
１Ｂ第２の転がり軸受
３ａ，３ｂ、１０３ｂ内輪
５ａ，５ｂ外輪
７転動体
１０，１１０転がり軸受装置
１３シャフト（第１の部材）
２３スリーブ（第２の部材）
２５嵌合孔
２７スペーサ部
３４，３５突出部（溶接部）
１３４内輪側リング（固定部材）

Claims

同軸に配置される内輪および外輪と、これら内輪と外輪との間の円環状空間に周方向に間隔をあけて複数配置される転動体とを備え、軸方向に間隔をあけて配列される２つの転がり軸受と、
該転がり軸受の前記内輪に嵌合される第１の部材と、
前記転がり軸受の前記外輪を嵌合させる嵌合孔を有する第２の部材と、
前記内輪および前記外輪の少なくとも１つに軸方向に隣接して配置され、前記内輪および前記外輪の半径方向に照射されるレーザ光により前記第１の部材または前記第２の部材に重ね合わせ溶接されている固定部材と、を備える転がり軸受装置であって、
前記固定部材は、前記第１の部材と前記第２の部材のうち前記固定部材と溶接されている方の部材と同じ物質により形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
前記固定部材が、前記第１の部材を嵌合させる内輪側リングまたは前記第２の部材に嵌合される外輪側リングである請求項１に記載の転がり軸受装置。
前記２つの転がり軸受けを構成する２つの内輪同士の間または２つの外輪同士間の一方に前記軸方向に挟まれるスペーサ部を備え、
他方の前記内輪または前記外輪が、前記軸方向に隣接する前記内輪または前記外輪に対して相対的に近接する方向に押圧された状態で前記第１の部材または前記第２の部材に固定されている請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受装置。