JP3849524B2 - 軸受装置及び軸受装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転振れの少ない高精度に回転する回転体を含む軸受装置及び軸受装置の製造方法に係り、特に、ＤＶＣ等の小型の磁気記録装置における回転ドラム等に好適な軸受装置及び軸受装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁気テープに情報を記録する磁気記録再生装置が広範に普及している。磁気記録再生装置の一つとして、近年には、極めて小型のＤＶＣ（Digital Video Camera）も普及している。
これらの磁気記録再生装置においては、走行する磁気テープに対して回転する磁気ヘッドにより信号が記録・再生される。磁気ヘッドは、回転ドラムにおいて、高精度に高速回転可能なアッパードラムアッセンブリ（軸受装置）のアッパードラムに配置されている。
【０００３】
図５は、従来例の軸受装置を示す断面構成図であり、図６は、従来例の軸受装置におけるベアリングユニットを示す断面構成図である。
図５に示すように、アッパードラムアッセンブリ（軸受装置）３９は、図６に示すベアリングユニット４０にアッパードラム（回転体）３７を組み込んだものである。
【０００４】
図６に示すように、ベアリングユニット４０においては、円筒状のシャフト３５に所定の間隔で同一の上ベアリング３１と下ベアリング３２とが配置されており、上ベアリング３１の外輪３１Ｇの外周部３１ＧＧ及び下ベアリング３２の外輪３２Ｇの外周部３２ＧＧには、ブッシュ３４の円筒状の貫通孔３４Ｎが接着剤３６で固定されている。上ベアリング３１はシャフト３５に設けられた上ベアリング用溝３５Ｕに充填された所定数のボール３１Ｂと外輪３１Ｇより構成され、下ベアリング３２はシャフト３５に設けられた下ベアリング用溝３５Ｌに充填された所定数のボール３２Ｂと外輪３２Ｇより構成され、外輪３１Ｇと外輪３２Ｇとの間には、その間に配置された、外輪３１Ｇ，３２Ｇの外径より小さい外径を有する予圧スプリング３３により所定の予圧が懸けられており、ブッシュ３４がベアリング３１，３２を介して、固定したシャフト３５に対して回転するように構成されている。
【０００５】
ブッシュ３４の貫通孔３４Ｎに、所定の隙間嵌め公差を有するベアリング３１，３２を挿入し、外輪３１Ｇ，３２Ｇを接着した後に、ブッシュ３４の上部に、シャフト３５の軸に対して同軸となるように、外周面３４Ｋが、シャフト３５の軸に対して垂直になるように、ベース面３４Ｂを精密研削加工により形成する。
そして、図５に示すように、アッパードラム３７がそのベース面３７Ｂをブッシュ３４のベース面３４Ｂに密着させて組み込まれ、図示しないボルトで固定されて、アッパードラムアッセンブリ３９が得られる。このとき、アッパードラム３７は、シャフト３５に対して回転可能となるが、アッパードラム３７の外周部３７Ｇのシャフト３５に対する回転の振れは所定の範囲内に収められている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のアッパードラムアッセンブリ３９は、上ベアリング３１と下ベアリング３２との間に所定の予圧を与えることが出来、精密加工によりブッシュ３４のベース面３４Ｂを形成しているので、容易に、シャフト３５に対してアッパードラム３７が回転振れの極めて少ない高速回転が出来るようにすることが出来る。
しかしながら、上及び下ベアリング３１，３２付のシャフト３５をブッシュ３４に組み込んだ後に、ベース面３４Ｂおよび外周面を形成するには、非常にコストがかかるという問題があった。
【０００７】
これに対して、コストの小さい量産性の高いアッパードラムアッセンブリ（軸受装置）を得る方法として、アッパードラムの貫通孔に、直接、上及び下ベアリング付のシャフトを焼き嵌めで挿入固定することが考えられる。
【０００８】
図７は、ベアリングの取付け状態を示す断面構成図であり、ベアリングが正常に挿入された場合を示す。
図７に示すように、シャフト１１５に上ベアリング１１１と下ベアリング１１２のそれぞれの内輪１１１Ｎと内輪１１２Ｎにシャフト１１５が締まり嵌めで挿入固定されており、上及び下ベアリング１１１，１１２のそれぞれの外輪１１１Ｇ，１１２Ｇ間には予圧スプリング１１３（予圧スプリンリング１１３の外径は外輪１１１Ｇ，１１２Ｇの外径よりは小さい）により所定の予圧が懸けられており、従って、外輪１１１Ｇ、１１２Ｇはそれぞれ互いに離れる方向である矢印１１６Ｕ，１１６Ｌの方向に移動して、それぞれボール１１１Ｂ，１１２Ｂに接するので、外輪１１１Ｇ，１１２Ｇと内輪１１１Ｎ，１１２Ｇ間にはガタが発生しない。
【０００９】
この上及び下ベアリング１１１，１１２付シャフト１１５を、所定の温度に加熱してあるアッパードラム１１７の円筒状の貫通孔１１７Ｎに矢印１１４の方向に挿入し、焼き嵌めする。アッパードラム１１７の上ベアリング挿入部１１７ＮＵおよび下ベアリング挿入部１１７ＮＬの直径は同一であり、上及び下ベアリング１１１，１１２の外輪１１１Ｇ，１１２Ｇの直径に対し、締まり嵌めの公差になっており、焼き嵌めのための加熱を行うと隙間嵌めになる。正常に、焼き嵌めが行われると、外輪１１１Ｇ，１１２Ｇは所定の位置まで挿入されて、予圧が維持され、シャフト１１５とアッパードラム１１７との間にはガタが発生せず、振れのないアッパードラムアッセンブリ１１９が得られる。
【００１０】
しかし、焼き嵌めを行うと、正常にシャフトが挿入配置されても、その冷却過程でアッパードラムが収縮し、そのため矢印１１６Ｕ，１１６Ｌと反対の方向に力が作用し、予圧抜けが発生し、上及び下ベアリング１１１，１１２の外輪１１１Ｇ，１１２Ｇと内輪１１１Ｎ，１１２Ｎ間にガタが生じる。また、シャフト挿入時に、アッパードラム１１７の温度が低下して、下ベアリング１１２の外輪１１２Ｇが貫通孔１１７Ｎと強く接触すると、そこで外輪１１２Ｇから予圧スプリング１１３に圧縮の力が加わり、やはり予圧抜けが発生し、上及び下ベアリング１１１，１１２の外輪１１１Ｇ，１１２Ｇと内輪１１１Ｎ，１１２Ｎ間にガタが生じるという問題が常にあり、実用的で量産性の高いものではなかった。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題を解決し、焼き嵌めにおける予圧抜けの発生を防止し、量産性が高くコストの安い軸受装置及び軸受装置の製造方法を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段として本発明は、次の（ａ）、（ｂ）の軸受装置及び軸受装置の製造方法を提供する。
（ａ）シャフト（５）と、前記シャフトの軸方向に離間して固定配置され、外輪の外径が互いに同一である一対の第１、第２のベアリング（１、２）と、前記第１のベアリングと前記第２のベアリングとの間に配置され、前記第１のベアリングの外輪（１Ｇ）と前記第２のベアリングの外輪（２Ｇ）に対して前記第１のベアリングの外輪（１Ｇ）と前記第２のベアリングの外輪（２Ｇ）が互いに離間する方向に予圧をかける予圧スプリング（３）と、前記第１のベアリングと前記予圧スプリングと前記第２のベアリングとが前記軸方向にこの順で配置された前記シャフトを挿入する貫通孔（７Ｎ）を有する回転体（７）とを備え、前記貫通孔は、前記シャフトを挿入する入口側から、前記第１のベアリングを収納する第１のベアリング収納部（７ＮＵ）と、前記予圧スプリングを収納する逃げ部（７ＮＮ）と、前記第２のベアリングを収納する第２のベアリング収納部（７ＮＬ）とをこの順で有し、前記逃げ部の全ての部分の内径が前記第１及び第２のベアリング収納部の全ての部分の内径より大きく、前記第２のベアリング収納部の内径（Ｂ）が前記第１のベアリング収納部の内径（Ａ）より大きく、前記第１及び第２のベアリング収納部は前記第１及び第２のベアリングに対して締まり嵌めとなっていることを特徴とする軸受装置。
（ｂ）第１のベアリングを収納する第１のベアリング収納部（７ＮＵ）と、予圧スプリングを収納する逃げ部（７ＮＮ）と、第２のベアリングを収納する第２のベアリング収納部（７ＮＬ）がこの順で形成された貫通孔（７Ｎ）を有し、前記逃げ部の全ての部分の内径が前記第１及び第２のベアリング収納部の全ての部分の内径より大きく、前記第２のベアリング収納部の内径（Ｂ）が前記第１のベアリング収納部の内径（Ａ）より大きい回転体（７）を所定の温度に加熱し、
シャフト（５）と、外輪の外径が互いに同一である一対のベアリングであり、前記シャフトの軸方向に離間して固定配置した前記第１、第２のベアリング（１、２）と、前記第１のベアリングの外輪（１Ｇ）と前記第２のベアリングの外輪（２Ｇ）との間に配置され、前記第１のベアリングの外輪（１Ｇ）と前記第２のベアリングの外輪（２Ｇ）に対して前記第１のベアリングと前記第２のベアリングが互いに離間する方向に予圧をかける前記予圧スプリング（３）とからなるベアリングユニット（１０）を、前記第２のベアリング（２）側を先頭として前記回転体の前記第１ベアリング収納部から挿入することにより、前記第１のベアリングを前記第１のベアリング収納部に収納し、前記予圧スプリングを前記逃げ部に収納し、前記第２のベアリングを前記第２のベアリング収納部に収納し、前記回転体を冷却することにより、前記第１及び第２のベアリング収納部を前記第１及び第２ベアリングに対して締まり嵌めとすることを特徴とする軸受装置の製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態につき、好ましい実施例により、図面を参照して説明する。
＜実施例＞
図１は、本発明の軸受装置の実施例を示す断面構成図である。
図２は、本発明の軸受装置の実施例におけるベアリングユニットを示す断面構成図である。
図３は、本発明の軸受装置の実施例における回転体を示す断面構成図である。
図４は、実施例に係る軸受装置を組み立てる工程図である。
【００１４】
図１に示すように、実施例のアッパードラムアッセンブリ（軸受装置）９は、例えば、ＤＶＣの回転ドラム（回転数９０００ｒｐｍで振れ精度１μｍ以下）を構成するアッパードラムアッセンブリであり、ベアリングユニット１０をアッパードラム（回転体）７の貫通孔７Ｎの所定位置に焼き嵌めで挿入固定保持したものである。
【００１５】
図２にも示すように、ベアリングユニット１０は、例えば、直径２ｍｍ、長さ１８ｍｍのＳＵＳ４２０からなるシャフト５に、例えば外径Ｃの上ベアリング１と外径Ｄの下ベアリング２が所定の位置に圧入により固定配置されたものである。ここで、上ベアリング１の外輪１Ｇと下ベアリング２の外輪２Ｇとの間には予圧スプリング３が配置されており、外輪１Ｇ，２Ｇに対して互いが離れる方向に、予圧が印加されている。上ベアリング１の外径Ｃ及び下ベアリングの外径Ｄは同一で、例えば６ｍｍである。これらによって、外輪１Ｇ，２Ｇの外周部１ＧＧ，２ＧＧに対するシャフト５の外周部５Ｇの振れは０．００２ｍｍ以内に保持される。
【００１６】
一方、図３に示すように、回転体としてのアッパードラム７は、例えばＡｌ合金からなり、例えば外径（外周部７Ｇの直径）は２１．７ｍｍ（所定の公差を有する）であり、所定の高さを有するものである。ここで、外周部７Ｇに対して、同軸的に貫通孔７Ｎが形成されている。貫通孔７Ｎは、上ベアリング１が配置されるべき上ベアリング収納部７ＮＵと、逃げ部７ＮＮと、下ベアリングが配置されるべき下ベアリング収納部７ＮＬとから構成される。
【００１７】
ここで、上及び下ベアリング収納部７ＮＵ，７ＮＬは、外周部７Ｇに対して同軸度が例えば０．００１ｍｍ以内になるように形成されている。
上ベアリング収納部７ＮＵの直径（内径）Ａは６ｍｍであり、下ベアリング収納部７ＮＬの直径（内径）Ｂは、Ｂ＝Ａ＋０．００２±０．０００５（ｍｍ）である。
逃げ部の直径（内径）は、Ａ，Ｂより十分大きな値例えば（Ａ＋０．０５）ｍｍとする。
【００１８】
上ベアリング収納部７ＮＵの直径Ａは、上ベアリング１の外径Ｃに対して、締まり嵌めとなり、下ベアリング収納部７ＮＬの直径Ｂは、下ベアリング２の外径Ｄ（＝Ｃ）に対して、Ａ＋０．００２ｍｍの嵌め合いとなる（締まり嵌めになる時と２μｍ以下で隙間嵌めになるときがある）。
【００１９】
次に、ベアリングユニット１０をアッパードラム７に焼き嵌めして、アッパードラムアッセンブリ９を得る工程を説明する。
まず、図４の（ａ）に示すように、アッパードラム７を加熱装置１５にセットする。加熱装置１５はアッパードラム７を載せるためのベース１１と、ベース１１の中央部に設けられた孔部１１Ｎに配置されたベース１１を所定温度にまで加熱するためのヒーター１２と、セットされたアッパードラム７の温度を測定するための熱電対を備えている。アッパードラム７は約２００度Ｃまで加熱される。
【００２０】
次に、図４の（ｂ）に示すように、加熱されたアッパードラム７は速やかに加熱装置１５からベアリングユニット挿入装置２０に移される。ベアリングユニット挿入装置２０は、アッパードラム７を載せるためのベース２１と、ベース２１の上方に配置した、焼き嵌め終了後にアッパードラムアッセンブリ９を冷却するための空気を放出するための空気導入パイプ２７及びベアリングユニット１０を保持すると共にアッパードラム７の貫通孔７Ｎに挿入するためのホルダー２５を備えている。アッパードラム７はベース２１に、保持部で保持され、その位置は中央に設けられた孔部２３に、アッパードラム７の保持部外周部７Ｈがガイドされて、精密に決められる。ベアリングユニット１０は真空チャックによりホルダー２５に保持され、上ベアリング１の外輪１Ｇが押圧部２５Ａに接している。
【００２１】
次に、図４の（ｃ）に示すように、ホルダー２５が下降して、ベアリングユニット１０を所定の位置まで挿入する。このとき、挿入する際には、外輪１Ｇが押されて、下ベアリング２から貫通孔７Ｎに挿入される。所定の位置に挿入後、空気導入パイプ２７より空気を放出して冷却し、所定の温度以下になったら、取り出し、焼き嵌めしたアッパードラムアッセンブリ９が得られる。
【００２２】
ベアリングユニット１０をアッパードラム７の貫通孔７Ｎに挿入するとき、下ベアリング２が貫通孔７Ｎの上ベアリング収納部７ＮＵを通過する。上ベアリング収納部７ＮＵの直径は上述したように、上及び下ベアリング１，２の外周部１ＧＧ，２ＧＧの直径に対し締まり嵌めになっているが、アッパードラムが加熱された状態では隙間嵌めになっている。従って、下ベアリング２が上ベアリング収納部を通過に際しては特に接触することがなく、通過する。仮に接触して予圧スプリング３が圧縮されても、下ベアリング２が貫通孔７Ｎの逃げ部７ＮＮに達すると、逃げ部７ＮＮの直径は、外周部１ＧＧ，２ＧＧの直径よりはるか大きいので、予圧スプリング３は元の状態に戻り、予圧を保持する。
【００２３】
さらに、下ベアリング２が貫通孔７Ｎの下ベアリング収納部７ＮＬに達すると、上述したように下ベアリング収納部７ＮＬの直径は、上ベアリング収納部７ＮＵの直径より、０．００２ｍｍ大きいので、加熱された状態では、十分広い隙間ができており、下ベアリング２は接触することなく下ベアリング収納部７ＮＬに挿入される。同時に上ベアリング１は上ベアリング収納部７ＮＵに挿入される。このとき、上ベアリング１が上ベアリング収納部７ＮＵと接触しても、外輪１Ｇを押圧部２５Ａで押されており、下ベアリング２が下ベアリング収納部７ＮＬに接触することがないから、予圧スプリング３が機能しており、そのまま押し込んで何ら問題はない。
【００２４】
ここで、得られたアッパードラムアッセンブリ９において、上ベアリング１は締まり嵌めで固定されており、下ベアリング２が公差により、隙間嵌めになることが起こるが、回転精度（振れ）に問題ないことが確かめられている。
また、ベアリングユニットを挿入する際のアッパードラムの加熱温度は、挿入後、アッパードラムによりベアリングが加熱されるが、その際に損傷を受けない温度に設定されている。
【００２５】
なお、上及び下ベアリング収納部の寸法差は、予圧保証、焼き嵌め作業の容易さを考慮すると大きいほど良いのであるが、常に隙間となる寸法では、アッパードラムアッセンブリ（軸受装置）としての性能（回転精度）を得ることが出来なくなる。
従って、下ベアリング収納部７ＮＬの直径Ｂは上ベアリング収納部７ＮＵの直径Ａ（公差を含む）より大きく、且、常温で締め代が得られる寸法以下にする必要があり、予圧を保証できるように、直径Ａに対し＋２μｍとしてある。
【００２６】
以上、本発明の軸受装置として、ＤＶＣに用いられるアッパードラムアッセンブリについて説明したが、これに限定されるものではなく、高速精密回転を必要とする軸受装置に広く適用できるものである。
また、以上、同一の一対のベアリングを用いて、回転体のベアリング収納部の内径を変えた場合について説明したが、公差が２μｍ異なる外径を有する一対のベアリングを用いて、同一内径に形成したベアリング収納部に、外径の小さいベアリングから挿入して軸受装置を形成しても同様の効果があることは、言うまでもない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軸受装置及び軸受装置の製造方法によれば、シャフトに取付けられた一対のベアリングを回転体に取付ける際の焼き嵌めにおける予圧抜けの発生を防止し、量産性が高くコストの安い軸受装置及び軸受装置の製造方法を提供できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の軸受装置の実施例を示す断面構成図である。
【図２】 本発明の軸受装置の実施例におけるベアリングユニットを示す断面構成図である。
【図３】 本発明の軸受装置の実施例における回転体を示す断面構成図である。
【図４】 実施例に係る軸受装置を組み立てる工程図である。
【図５】 従来例の軸受装置を示す断面構成図である。
【図６】 従来例の軸受装置におけるベアリングユニットを示す断面構成図である。
【図７】 ベアリングの取付け状態を示す断面構成図である。
【符号の説明】
１…上ベアリング、１Ｇ…外輪、１Ｎ…内輪、１Ｂ…ボール、１ＧＧ…外周部、２…下ベアリング、２Ｇ…外輪、２Ｎ…内輪、２Ｂ…ボール、２ＧＧ…外周部、３…与圧スプリング、５…シャフト、５Ｇ…外周部、６…矢印、７…アッパードラム（回転体）、７Ｇ…外周部、７Ｈ…保持部外周部、７Ｎ…貫通孔、７ＮＵ…上ベアリング収納部、７ＮＬ…下ベアリング収納部、７ＮＮ…逃げ部、９…アッパードラムアッセンブリ（軸受装置）、１０…ベアリングユニット、１１…ベース、１１Ｎ…孔部、１２…ヒーター、１３…熱電対、１５…加熱装置、２０…ベアリングユニット挿入装置、２１…ベース、２２…保持部、２３…孔部、２５…ホルダー、２５Ａ…押圧部、２７…空気導入パイプ、３１…上ベアリング、３１Ｇ…外輪、３１Ｂ…ボール、３１ＧＧ…外周部、３２…下ベアリング、３２Ｇ…外輪、３２Ｂ…ボール、３２ＧＧ…外周部、３３…与圧スプリング、３４…ブッシュ、３４Ｂ…ベース面、３４Ｋ…外周面、３４Ｎ…貫通孔、３５…シャフト、３５Ｕ…上ベアリング用溝、３５Ｌ…下ベアリング用溝、３６…接着剤、３７…アッパードラム（回転体）、３７Ｂ…ベース面、３７Ｇ…外周部、３７Ｈ…孔の内面、３９…アッパードラムアッセンブリ（軸受装置）、４０…ベアリングユニット、１１１…上ベアリング、１１１Ｇ…外輪、１１１Ｎ…内輪、１１１Ｂ…ボール、１１２…下ベアリング、１１２Ｇ…外輪、１１２Ｎ…内輪、１１２Ｂ…ボール、１１２Ｋ…下面、１１３…与圧スプリング、１１４…矢印、１１５…シャフト、１１６Ｕ，１１６Ｌ…矢印、１１７…アッパードラム（回転体）、１１７ＮＵ…上ベアリング挿入部、１１７ＮＬ…下ベアリング挿入部、１１７ＮＮ…逃げ部、１１７Ｋ…下面、１１７Ｎ…貫通孔、１１９…アッパードラムアッセンブリ（軸受装置）

Claims (2)

1. シャフトと、
   前記シャフトの軸方向に離間して固定配置され、外輪の外径が互いに同一である一対の第１、第２のベアリングと、
   前記第１のベアリングと前記第２のベアリングとの間に配置され、前記第１のベアリングの外輪と前記第２のベアリングの外輪に対して前記第１のベアリングの外輪と前記第２のベアリングの外輪が互いに離間する方向に予圧をかける予圧スプリングと、
   前記第１のベアリングと前記予圧スプリングと前記第２のベアリングとが前記軸方向にこの順で配置された前記シャフトを挿入する貫通孔を有する回転体とを備え、
   前記貫通孔は、前記シャフトを挿入する入口側から、前記第１のベアリングを収納する第１のベアリング収納部と、前記予圧スプリングを収納する逃げ部と、前記第２のベアリングを収納する第２のベアリング収納部とをこの順で有し、前記逃げ部の全ての部分の内径が前記第１及び第２のベアリング収納部の全ての部分の内径より大きく、前記第２のベアリング収納部の内径が前記第１のベアリング収納部の内径より大きく、前記第１及び第２のベアリング収納部は前記第１及び第２のベアリングに対して締まり嵌めとなっていることを特徴とする軸受装置。
2. 第１のベアリングを収納する第１のベアリング収納部と、予圧スプリングを収納する逃げ部と、第２のベアリングを収納する第２のベアリング収納部がこの順で形成された貫通孔を有し、前記逃げ部の全ての部分の内径が前記第１及び第２のベアリング収納部の全ての部分の内径より大きく、前記第２のベアリング収納部の内径が前記第１のベアリング収納部の内径より大きい回転体を所定の温度に加熱し、
   シャフトと、外輪の外径が互いに同一である一対のベアリングであり、前記シャフトの軸方向に離間して固定配置した前記第１、第２のベアリングと、前記第１のベアリングと前記第２のベアリングとの間に配置され、前記第１のベアリングの外輪と前記第２のベアリングの外輪に対して前記第１のベアリングの外輪と前記第２のベアリングの外輪が互いに離間する方向に予圧をかける前記予圧スプリングとからなるベアリングユニットを、前記第２のベアリング側を先頭として前記回転体の前記第１ベアリング収納部から挿入することにより、前記第１のベアリングを前記第１のベアリング収納部に収納し、前記予圧スプリングを前記逃げ部に収納し、前記第２のベアリングを前記第２のベアリング収納部に収納し、
   前記回転体を冷却することにより、前記第１及び第２のベアリング収納部を前記第１及び第２ベアリングに対して締まり嵌めとすることを特徴とする軸受装置の製造方法。

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