JP2006292133A - 軸受装置の製造方法軸受予圧設定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシアル方向及びラジアル方向の共振周波数のみならずモーメント方向の共振周波数をも考慮して予圧を設定することにより、所望のモーメント剛性を確保する。
【解決手段】互いに相対回転可能に対向配置された軌道輪(内輪10,12、外輪14,16)間に、軸６に沿って複列の転動体８が組込まれた軸受装置の製造技術であって、軸に圧入嵌合されている軌道輪を軸に沿って押圧する際に、加振器32,34により当該軌道輪を軸に直交する方向に加振して軸受装置をモーメント方向R1,R2に振動させると共に、その際の軸受装置の共振周波数を測定し、その測定値が予め設定した範囲になったときに軌道輪の押圧を停止制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばビデオテープレコーダ(ＶＴＲ)やハードディスクドライブ(ＨＤＤ)などの各種精密回転部分を回転自在に支持する軸受装置の製造方法及びこの方法に適用した軸受予圧設定装置に関する。

従来から、例えばＶＴＲやＨＤＤなどの精密回転部分には、これを回転自在に支持するための各種の軸受装置が適用されており、このような軸受装置の製造方法として、例えば特許文献１に示すような製造方法をはじめ種々の方法が知られている。その一例の製造方法において、軸受予圧設定装置により複列の軸受装置に所定の予圧を設定する場合、一方の軸受の内輪を軸に固定した状態において、他方の軸受の内輪を軸に圧入嵌合させた後、その他方の軸受の内輪を一方の軸受(内輪)方向に押圧しながら同時に加振する。そして、このときの軸受装置の共振周波数を測定し、その測定値(共振周波数)が予め設定された周波数に略一致したときに、当該他方の内輪の押圧作業を終了することで軸受装置に所定の予圧が設定される。

ところで、従来の製造方法において上記内輪の加振方向は、アキシアル方向とラジアル方向の２方向であり、これら２方向の共振周波数に基づいて軸受装置の予圧を設定している。しかしながら、軸受装置の使用目的や使用環境によっては、モーメント剛性を考慮しなければならない場合も想定される。この場合、内輪をモーメント方向に加振し、その際の共振周波数に基づいて予圧を設定しなければならないが、このような軸受装置の製造方法については現在知られていない。
特開平６−３４４２３３号公報

そこで、本発明の目的は、アキシアル方向及びラジアル方向の共振周波数のみならずモーメント方向の共振周波数をも考慮して予圧を設定することにより、所望のモーメント剛性を確保することが可能な軸受装置の製造技術(製造方法、軸受予圧設定装置)を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、互いに相対回転可能に対向配置された軌道輪間に、軸に沿って複列の転動体が組込まれた軸受装置の製造方法であって、軸に圧入嵌合されている軌道輪を軸に沿って押圧する際に、加振器により当該軌道輪を軸に直交する方向に加振して軸受装置をモーメント方向に振動させると共に、その際の軸受装置の共振周波数を測定し、その測定値が予め設定した範囲になったときに軌道輪の押圧を停止制御する。

また、本発明は、互いに相対回転可能に対向配置された軌道輪間に、軸に沿って複列の転動体が組込まれた軸受装置の予圧を設定する軸受予圧設定装置であって、軸に圧入嵌合されている軌道輪を軸に沿って押圧する押圧具と、当該軌道輪を軸に直交する方向に加振して軸受装置をモーメント方向に振動させる加振器と、モーメント方向に振動させている軸受装置の共振周波数を測定し、その測定値が予め設定した範囲になったときに押圧具による軌道輪の押圧を停止制御する制御機構とを備えている。

このような発明において、加振器には、電圧を印加することにより軸に直交する方向にせん断振動する圧電素子が設けられている。この場合、加振器は、軸受装置の軸方向両側に配設されており、一方側の加振器に設けられた圧電素子と他方側の加振器に設けられた圧電素子とは、互いに逆位相で同時にせん断振動する。なお、軸受装置に負荷バランサを取り付けることにより、軸受装置のモーメント方向の共振周波数が他の周波数と重ならない構成としても良い。

本発明によれば、アキシアル方向及びラジアル方向の共振周波数のみならずモーメント方向の共振周波数をも考慮して予圧を設定することにより、所望のモーメント剛性を確保することが可能な軸受装置の製造技術を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る軸受装置の製造方法について、図１を参照して説明する。同図には、当該製造方法に適用した軸受予圧設定装置の構成例が示されている。
図１に示すように、本実施の形態では、一例として単列の転がり軸受2,4を軸６に沿って２つ並設することで複列の転動体８が組込まれた軸受装置を想定する。この場合、各列の転動体６は、それぞれ、互いに相対回転可能に対向配置された軌道輪(内輪10,12、外輪14,16)間に転動自在に複数組込まれていると共に、保持器１８で１つずつ回転自在に保持されている。なお、軸６に並設された２つの転がり軸受2,4の両側には、軌道輪(内輪10,12、外輪14,16)間に密封板２０(例えば、シール、シールド)が介在されている。

一方の転がり軸受２は、その内輪１０(以下、一方側内輪１０という)が軸６に圧入嵌合された状態で軸フランジ６ｆに当接されており、他方の転がり軸受４は、その内輪１２(以下、他方側内輪１２という)が軸６に圧入嵌合されている。そして、各転がり軸受2,4の外輪14,16には、中空円筒状のハウジング２２が外嵌されている。また、ハウジング２２の外側には、負荷バランサ２４が着脱自在に取り付けられている。負荷バランサ２４は、ハウジング２２の一端に外向に突設された外向フランジ２２ｆに当て付けた状態で、ハウジング２２の他端に形成されたネジ部２２ｎに固定ボルト２６を締結することにより、外向フランジ２２ｆと固定ボルト２６との間に挟持されて取り付けられる。

また、軸受予圧設定装置は、上述した軸受装置の軸６を保持する保持具２８と、軸６に圧入嵌合されている軌道輪(本実施の形態では、他方側内輪１２)を軸６に沿って押圧する押圧具３０とを備えている。この場合、軸６は軸フランジ６ｆよりも突出しており、この突出した部分の軸６が保持具２８で保持されるようになっている。具体的に説明すると、当該軸６を保持具２８にセットすると、軸フランジ６ｆが保持具２８に当接し、その状態で軸６が保持具２８で堅牢に保持されることになる。一方、押圧具３０には、他方側内輪１２の側面に向けて環状に突出した押圧片３０ｈが設けられており、押圧具３０を矢印Ｔ方向に移動させることで、押圧片３０ｈにより他方側内輪１２を一方側内輪１０方向に押圧して軸６に沿って移動させることができる。

更に、軸受予圧設定装置には、押圧片３０ｈで他方側内輪１２を移動させる際に、当該他方側内輪１２を軸６に直交する方向に加振して軸受装置をモーメント方向R1,R2に振動させる加振器32,34が設けられている。ここでは一例として、加振器32,34は、軸受装置の軸方向両側に配設されている。具体的に説明すると、一方側の加振器３２は、保持具２８の外側に配設され、他方側の加振器３４は、押圧具３０の外側(押圧片３０ｈとは反対側)に配設されている。このような加振器32,34には、それぞれ、電圧を印加することにより軸６に直交する方向にせん断振動する圧電素子(図示しない)が設けられている。なお、圧電素子としては、例えば水晶の単結晶、チタン酸バリウム、圧電セラミックスなどを適用すれば良い。

この場合、一方側の加振器３２に設けられた圧電素子(以下、一方側圧電素子３２という)及び他方側３４の加振器に設けられた圧電素子(以下、他方側圧電素子３４という)には、それぞれ、信号発生器３６の出力信号に基づいて増幅器３８から所定の電圧が印加されるようになっており、一方側及び他方側圧電素子32,34に電圧を印加すると、双方の圧電素子32,34は互いに逆位相で同時に所定の振幅でせん断振動する。例えば一方側圧電素子３２が矢印方向Ｍ１に伸長するとき、他方側圧電素子３４は矢印Ｓ１に伸長し、これにより軸受装置がモーメント方向Ｒ１に加振され、逆に一方側圧電素子３２が矢印Ｍ２方向に伸長するとき、他方側圧電素子３４は矢印Ｓ２に伸長し、これにより軸受装置がモーメント方向Ｒ２に加振される。

このように、双方の圧電素子32,34に印加する電圧を連続的に制御することで、軸受装置をモーメント方向R1,R2に連続的に且つ効率的に振動させることができる。なお、各圧電素子32,34の振動振幅は、例えば軸受装置の大きさや種類、軸受予圧設定装置の構成などに応じて任意に設定することが可能であり、例えば互いに同一の振幅に設定しても良いし、互いに異なる振幅に設定しても良い。この場合、振幅の大きさは任意に設定することが可能であり、例えば振幅を大きくすれば、その分だけ軸受装置のモーメント方向R1,R2の加振量が大きくなり、逆に振幅を小さくすれば、その分だけ軸受装置のモーメント方向R1,R2の加振量が小さくなる。また、振動周期についても任意に設定することが可能である。

また、一方側の加振器(一方側圧電素子３２)は、荷重センサ４０を介してベース４２に固定されており、他方側の加振器(他方側圧電素子３４)は、微動送り装置４４に連結されている。なお、微動送り装置４４はベース４２に固定されている。
微動送り装置４４は、他方側の加振器(他方側圧電素子３４)と共に押圧具３０を矢印Ｔ方向に送り出して、押圧片３０ｈで他方側内輪１２を一方側内輪１０方向に押圧することができるように構成されている。この場合、当該微動送り装置４４の送出量は、制御機構で制御されており、制御機構は、軸受装置の振動を検出する振動センサ４６と、検出された振動に基づいて当該軸受装置の周波数を分析する周波数分析装置４８と、分析された周波数に基づいて当該軸受装置のモーメント方向R1,R2の共振周波数を測定し、その測定値が予め設定した範囲になったときに、微動送り装置を停止制御する制御部５０とを備えている。

振動センサ４６は、触針４６ａを有し、この触針４６ａが軸受装置に接触している。なお、図面では、触針４６ａを負荷バランサ２４に接触させているが、これに限定されることは無く、軸受装置の振動を検出できるような箇所であれば、例えばハウジング２２に接触させても良い。また、非接触のセンサでも良い。このような振動センサ４６によれば、軸受装置が振動すると、その振動状態が触針４６ａに伝わり、その振動状態が当該振動センサ４６から周波数分析装置４８に出力される。周波数分析装置４８では、振動センサ４６から出力された振動に基づいて軸受装置の周波数が分析され、その分析結果が制御部５０に出力される。

制御部５０は、微動送り装置４４の送出量(押圧具３０の送り出し量)を制御しつつ、同時に、周波数分析装置４８から出力された周波数が予め設定した範囲になったか否かを判定し、その周波数が当該範囲になったときに微動送り装置４４を停止制御して、押圧具３０による軌道輪(本実施の形態では、他方側内輪１２)の押圧を停止する。
ここで、予め設定した範囲とは、当該軸受装置にとって最適なモーメント剛性が得られる共振周波数の許容範囲を示しており、かかる許容周波数は、製造すべき軸受装置と同一構成で且つ適正な予圧が付与されたサンプル(軸受装置)の共振周波数を予め測定し、この測定結果を制御部５０に設定すれば良い。この場合、制御部５０の停止制御は、荷重センサ４０から制御部５０に出力された荷重データに基づいて、上記測定値(軸受装置のモーメント方向R1,R2の共振周波数)に所定の補正処理を施し、その補正結果が許容周波数(予め設定した範囲)になったときに実行される。

補正処理について具体的に説明すると、微動送り装置４４により押圧具３０を送り出して、その押圧片３０ｈで他方側内輪１２を押圧して軸方向に移動させると、そのときの他方側内輪１２の移動荷重は、軸６から保持具２８及び一方側の加振器(一方側圧電素子３２)を経由して荷重センサ４０に伝達される。このとき、荷重センサ４０で検出された移動荷重には、軸６の撓み分(ノイズ)が含まれている。そこで、制御部５０において、当該軸６の撓み分(ノイズ)に相当する周波数成分を上記測定値(軸受装置のモーメント方向R1,R2の共振周波数)から例えば減算することで、ノイズの無い軸受装置の共振周波数(補正結果)を正確に測定することができる。そして、かかる補正結果が許容周波数(予め設定した範囲)になったときに、制御部５０の停止制御(押圧具３０による他方側内輪１２の押圧を停止)することで、最適なモーメント剛性を確保した軸受装置を実現することができる。かくして軸受装置の予圧の設定が完了する。

このような軸受予圧設定装置を用いた軸受装置の製造方法によれば、軸６とハウジング２２との間に２つの転がり軸受2,4の内輪10,12を圧入嵌合させ、更にハウジング２２の外側に負荷バランサ２４を取り付けた軸受装置を軸受予圧設定装置にセットした後、制御部５０により微動送り装置４４を制御し、他方側の加振器(他方側圧電素子３４)と共に押圧具３０を矢印Ｔ方向に送り出して、押圧片３０ｈで他方側内輪１２を一方側内輪１０方向に押圧する。これと同時に、信号発生器３６の出力信号に基づいて増幅器３８から双方の加振器(圧電素子)32,34に電圧を印加し、各圧電素子32,34を互いに逆位相で(１８０°位相をずらして)同時に所定の振幅でせん断振動させ、軸受装置をモーメント方向R1,R2に連続的に振動させる。

このときの軸受装置の振動状態は、振動センサ４６から周波数分析装置を経て制御部５０に出力され、当該制御部５０において軸受装置のモーメント方向R1,R2の共振周波数が測定される。そして、当該共振周波数が予め設定した範囲(許容周波数)となったとき、制御部５０により微動送り装置４４を停止制御(押圧具３０による他方側内輪１２の押圧を停止)することにより、最適なモーメント剛性を確保した状態で軸受装置の予圧が設定される。この場合、軸受装置に負荷バランサ２４を取り付けたことにより、軸受装置のモーメント方向R1,R2の共振周波数が他の周波数(例えば、アキシアル方向の共振周波数)と重ならない構成としている。

具体的に説明すると、本実施の形態に適用した負荷バランサ２４は、その質量(体積)を軸受中心から離間した位置に多く持たせて、慣性モーメントを大きくしている。これにより、モーメント方向R1,R2の共振周波数を下げて、アキシアル方向の共振周波数はそれほど下げないようにして、双方の周波数を簡単且つ正確に切り分けることができる。この結果、モーメント方向R1,R2の共振周波数を正確に測定することが可能となり、予圧設定に際し軸受装置のモーメント剛性を高精度に確保することができる。

なお、上述した実施の形態の負荷バランサ２４は、その質量(体積)を軸受中心から離間させて慣性モーメントを大きくしたが、これとは逆に例えば図２に示すように、質量(体積)を軸受中心に集中して持たせて、慣性モーメントを小さくしても同様の効果を得ることができる。なお、図２の他の構成例では、アキシアル方向の共振周波数よりもモーメント方向R1,R2の共振周波数が高くなっている。
また、上述した実施の形態(図１)及び他の構成例(図２)において、負荷バランサ２４は必ずしも必要では無く、当該付加バランサ２４を取り付けずに最適なモーメント剛性を確保した状態で軸受装置の予圧を設定することもできる。

また、上述した実施の形態(図１)及び他の構成例(図２)において、微動送り装置４４については特に説明しなかったが、押圧具３０を矢印Ｔ方向に送り出して、押圧片３０ｈで他方側内輪１２を一方側内輪１０方向に押圧できるものであれば、任意の装置を適用することが可能である。例えば油圧シリンダや送り螺子装置などを微動送り装置４４として用いた場合には、制御部５０により油圧シリンダの油圧量や送り螺子装置の回転角度を制御することで押圧具３０の送出量を調節することができる。

また、上述した実施の形態(図１)及び他の構成例(図２)において、振動センサ４６として、触針４６ａを接触させたものを適用したが、これに代えて例えばレーザードップラー振動計のような非接触タイプの振動センサ４６を用いることで、測定対象物(即ち、軸受装置)に質量や拘束力を全く加えずに、予圧剛性のみによる共振周波数を高精度に測定することが可能となる。

なお、本発明は、上述した実施の形態(図１)及び他の構成例(図２)に限定されることは無く、以下のように変更することが可能である。
第１の変形例として例えば図３(ａ)に示すように、２つの外輪14,16の代わりに単体の外輪５２が組込まれた軸受装置であっても、本発明の軸受装置の製造技術(製造方法、軸受予圧設定装置)を適用することで、最適なモーメント剛性を確保した状態で軸受装置の予圧を設定することができる。
第２の変形例として例えば図３(ｂ)に示すように、軸６の一部を太径化させ、ここを内輪１０として併用した軸受装置であっても、本発明の軸受装置の製造技術(製造方法、軸受予圧設定装置)を適用することで、最適なモーメント剛性を確保した状態で軸受装置の予圧を設定することができる。

また、上述した実施の形態(図１)及び他の構成例(図２)、第１及び第２の変形例では、内輪を押圧して予圧を設定する製造方法を想定したが、これに代えて第３の変形例として例えば図３(ｃ)に示すように、例えば外輪１６を押圧して予圧を設定する場合でも、本発明の軸受装置の製造技術(製造方法、軸受予圧設定装置)を適用することで、最適なモーメント剛性を確保した状態で軸受装置の予圧を設定することができる。

本発明の一実施の形態に係る軸受装置の製造方法に適用した軸受予圧設定装置の構成例を示す断面図。 本発明の一実施の形態に係る軸受装置の製造方法に適用した軸受予圧設定装置の他の構成例を示す断面図。 (ａ)は、本発明の第１の変形例の製造方法に適用した軸受装置の構成例を示す断面図、(ｂ)は、本発明の第２の変形例の製造方法に適用した軸受装置の構成例を示す断面図、(ｃ)は、本発明の第３の変形例の製造方法に適用した軸受装置の構成例を示す断面図。

符号の説明

2,4 転がり軸受
６ 軸
８ 転動体
10,12 内輪
14,16 外輪
１８ 保持器
２０ 密封板
２２ ハウジング
２４ 負荷バランサ
２８ 保持具
３０ 押圧具
32,34 加振器(圧電素子)

Claims (8)

1. 互いに相対回転可能に対向配置された軌道輪間に、軸に沿って複列の転動体が組込まれた軸受装置の製造方法であって、
   軸に圧入嵌合されている軌道輪を軸に沿って押圧する際に、加振器により当該軌道輪を軸に直交する方向に加振して軸受装置をモーメント方向に振動させると共に、その際の軸受装置の共振周波数を測定し、その測定値が予め設定した範囲になったときに軌道輪の押圧を停止制御することを特徴とする軸受装置の製造方法。
2. 加振器には、電圧を印加することにより軸に直交する方向にせん断振動する圧電素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の軸受装置の製造方法。
3. 加振器は、軸受装置の軸方向両側に配設されており、一方側の加振器に設けられた圧電素子と他方側の加振器に設けられた圧電素子とは、互いに逆位相で同時にせん断振動することを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置の製造方法。
4. 軸受装置に負荷バランサを取り付けることにより、軸受装置のモーメント方向の共振周波数が他の周波数と重ならない構成としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸受装置の製造方法。
5. 互いに相対回転可能に対向配置された軌道輪間に、軸に沿って複列の転動体が組込まれた軸受装置の予圧を設定する軸受予圧設定装置であって、
   軸に圧入嵌合されている軌道輪を軸に沿って押圧する押圧具と、
   当該軌道輪を軸に直交する方向に加振して軸受装置をモーメント方向に振動させる加振器と、
   モーメント方向に振動させている軸受装置の共振周波数を測定し、その測定値が予め設定した範囲になったときに押圧具による軌道輪の押圧を停止制御する制御機構とを備えていることを特徴とする軸受予圧設定装置。
6. 加振器には、電圧を印加することにより軸に直交する方向にせん断振動する圧電素子が設けられていることを特徴とする請求項５に記載の軸受予圧設定装置。
7. 加振器は、軸受装置の軸方向両側に配設されており、一方側の加振器に設けられた圧電素子と他方側の加振器に設けられた圧電素子とは、互いに逆位相で同時にせん断振動することを特徴とする請求項５又は６に記載の軸受予圧設定装置。
8. 軸受装置に負荷バランサを取り付けることにより、軸受装置のモーメント方向の共振周波数が他の周波数と重ならない構成としたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の軸受予圧設定装置。
   

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