JP4175958B2 - 軸挿入方法及び軸挿入装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸挿入方法及び軸挿入装置に関し、例えば、スピンドルモータの回転軸の支承に利用される流体動圧軸受において、ステータに回転軸を挿入する場合等に適用される軸挿入方法及びその方法を実施するための軸挿入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の機械装置の組立に際して、回転軸、芯軸、ボルト類等の軸を保持孔に挿入する場合、軸を保持孔の開口端に衝接したりすることなく、正確に位置決めして挿入する必要がある。
【０００３】
特に近年、磁気ディスクや光ディスク等のデータ記憶装置で使用されているスピンドルモータの流体動圧軸受では小型軽量化、回転精度の高度化が要請されており、流体動圧軸受のステータのスリーブ内に回転軸を挿入する場合、回転軸を挿入すべきスリーブの開口端部に衝接して損傷を生じたりすることなく、回転軸とスリーブの軸心を正確に合わせて挿入することが望ましい。
【０００４】
従来は、挿入すべき軸を把持する把持機構で、軸を保持孔に対して精度よく機械的に位置決めしてから挿入する手段が採用されていたが、この位置決め精度には限界がある。特に、近年、上記スピンドルモータ等において益々小型化する軸受等の精密技術分野の組立においては、位置決め高精度化が求められており把持機構で位置決めすることは困難である。
【０００５】
このような問題を解決する手段として、棒状部品を組み入れるべき孔の反対側から作動ロッドの吸気孔で棒状部品を吸引して組み入れるという手段は知られている（特許文献１参照。）。
【０００６】
さらに、基板に形成された支持孔に軸体を上方から挿入する場合に、軸体をロボットアームのヘッドに設けた被挿入ワークの保持孔内に吸引しながら周囲から圧力気体を噴出させて保持孔の軸心位置に軸体を保持して支持孔内に挿入するという技術も知られている（特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１−３０６１３５号公報（第３図参照。）
【特許文献２】
特開昭６３−７２３７号公報（第１、２図参照。）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されているような棒状部品を作動ロッドで吸引して孔に組み込む手段は、棒状部品、孔及び作動ロッドの軸心を一致させるものではないので、棒状部品を孔と軸心を一致させて挿入することはできない。しかも、この手段では吸引動作を停止させないと棒状部品から作動ロッドを分離することができない。
【０００９】
又、特許文献２に開示されているような軸体を保持孔内で周囲から圧力気体を噴出させて吸引する手段は、保持孔内に軸体を互いの軸心を一致させて保持するものであり、軸体を支持孔内に互いの軸心を一致させて挿入するものではない。もし、軸体を支持孔内に互いの軸心を一致させて挿入するのであれば、保持孔を支持孔と互いに軸心を一致させなければならないという問題がある。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決することを目的とするものであり、各種の機械装置の組立に際して、回転軸、芯軸、ボルト類等の軸を保持孔に挿入する手段として、把持機構により挿入すべき軸を孔に互いの軸心を精度良く機構的に一致させる場合の機構的な精度の限界を考慮して、把持機構により軸を機構的に孔と軸心を一致させてから挿入するのではなく、全く新規な発想の下に、軸を孔の開口端に衝接したりすることなく、挿入開始から挿入終了後迄、常時、正確に位置決め動作をしながら挿入していく挿入方法及び挿入装置を実現するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、保持孔の形成された被挿入ワークを、中心孔を有する昇降可能な被挿入ワーク支持部材で下方から支持し、上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能である中空孔を有する案内シャフトを、上記保持孔に下方から挿通させて、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇させ、挿入ワークである軸を上記案内シャフトの上端面に上記中空孔を塞がないようにして載置してから、該案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を挿入する軸の挿入方法であって、上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間の圧力を大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１に保持し、上記案内シャフトの中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２に保持し、上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせて挿入する際に、大気圧Ｐａと上記第１の圧力Ｐ１との圧力差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧Ｐａと上記第２の圧力Ｐ２との圧力差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸と上記保持孔の互いの軸心を一致させて、挿入することを特徴とする軸挿入方法を提供する。
【００１２】
上記軸挿入方法では、被挿入ワークを被挿入ワーク支持部材で下方から支持する際に、上記被挿入ワークを上記被挿入ワーク支持部材とともに昇降するチャック装置でクランプすることが好ましい。
【００１３】
上記軸挿入方法では、上記案内シャフトの上端面に上記中空孔から放射方向に伸びる複数の溝を設けることにより、上記軸を上記案内シャフトの上端面に載置しても上記中空孔を塞がないようにしたことが好ましい。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために、中心孔を有する昇降可能な被挿入ワーク支持部材と、上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能である中空孔を有する案内シャフトとを備え、保持孔が形成された被挿入ワークの該保持孔に、上記被挿入ワークの上方から挿入ワークとして軸を挿入する装置であって、上記被挿入ワーク支持部材は、上記被挿入ワークを下方から受けて支持し、上記案内シャフトは、上記被挿入ワークの保持孔を下方から挿通し、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇可能であり、上記軸を上記保持孔の上方から上記案内シャフトの上端面に上記中空孔を塞がないようにして載置させてから下降して上記保持孔に上記軸を挿入させるものであり、上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間の圧力Ｐ１に保ち、上記案内シャフトの中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２に保ち、上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせ挿入する際に、大気圧と第１の圧力との差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧と第２の圧力との差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸と上記保持孔の互いの軸心を一致させて挿入可能であることを特徴とする軸挿入装置を提供する。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するために、中心孔を有する昇降可能な円筒状の被挿入ワーク支持部材と、上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能な中空孔を有する案内シャフトと、第１の吸引ポンプと、第２の吸引ポンプとを備え、保持孔の形成された被挿入ワークの該保持孔に、該被挿入ワークの上方から挿入ワークとして軸を挿入する装置であって、上記被挿入ワーク支持部材は、上記被挿入ワークを下方から受けて支持し、上記案内シャフトは、上記被挿入ワークの保持孔を下方から挿通し、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇可能であり、上記軸を上記保持孔の上方で上記案内シャフトの上端面で上記中空孔を塞がないようにして受けてから下降して上記保持孔に上記軸を挿入させるものであり、上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間に上記第１の吸引ポンプを連通して吸引し、該隙間の圧力を大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１とし、上記案内シャフトの中空孔に上記第２の吸引ポンプを連通して吸引し、該中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２とし、上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせ挿入する際に、大気圧と第１の圧力の差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧と第２の圧力の差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸を上記保持孔に、該軸と該保持孔の互いの軸心を一致させて挿入可能であることを特徴とする軸挿入装置を提供する。
【００１６】
上記軸挿入装置では、上記案内シャフトの上端面に上記中空孔から放射方向に伸びる溝孔が形成されていることが好ましい。
【００１７】
上記軸挿入装置では、上記被挿入ワーク支持部材とともに昇降可能な被挿入ワークチャック装置を設け、該被挿入ワークチャック装置は、被挿入ワークを、被挿入ワーク支持部材で下方から支持する際に、クランプすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。
【００１９】
本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置は、断面円形の孔内に軸を孔の中心に軸心を合わせて挿入する技術であり、各種の装置の組立、メインテナンス等の作業に利用できるが、この実施例では、スピンドルモータのステータのスリーブに、ロータの回転軸を挿入するものについて説明する。
【００２０】
説明の都合上、この実施例で組み立てるべきスピンドルモータの概略を、図７（ａ）で説明する。このスピンドルモータ１は、コンピュータに使用される磁気ディスクや光ディスク等のデータ記憶装置のモータとして利用され、全体的には、ステータアッシー２とロータアッシー３とから構成される。
【００２１】
ステータアッシー２は、データ記憶装置本体に固定されるフレーム４を有する。フレーム４に、流体動圧軸受６を構成するスリーブ７が嵌着されている。フレーム４には、ステータスタック（ステータコア）８が取り付けられている。ステータスタック８には、その周方向に複数対のコイル９が隔設されている。
【００２２】
ロータアッシー３は、ハブ５を有し、このハブ５は回転軸１１の上端部に固定されており、回転軸１１とともに回転する。回転軸１１は、軸受部であるスリーブ７内に装入され、スリーブ７により回転可能に支承されている。ハブ５の下部１０はフレーム４の内側で回転するが、このフレーム４の下部１０の内周面にはヨーク１３が装着されている。ヨーク１３の内側には、マグネット１４が嵌入固定され、Ｎ極及びＳ極の複数極に着磁されている。
【００２３】
コイル９は、通電することにより磁場を形成し、この磁場内に配置されたマグネット１４に作用しロータアッシー３は回転する。ロータアッシー３の上端部１５の外周面には、データ記憶装置の図示しない回転ディスク（例．磁気ディスク）が装着され、スピンドルモータ１で回転・停止し、記録用のヘッドで情報の書き込み読み出しのデータ処理が行われる。
【００２４】
このようなスピンドルモータ１における流体動圧軸受６は、スリーブ７の下端部に、下方に向けて開口する大径の第１の凹部１６が形成されており、さらにこの第１の凹部１６の頂面（上面）には小径の第２の凹部１７が形成されている。大径の第１の凹部１６内には、カウンタプレート（スラスト受板）１８が嵌合され、例えば、カウンタプレート１８と第１の凹部１６を溶着することによりスリーブ７内が気密状態となるように固着されている。
【００２５】
回転軸１１の下端部にはスラストプレート１９が嵌圧されて固定されている。このスラストプレート１９は、スリーブ７の第２の凹部１７内で、カウンタプレート１８に対向して回転軸１１とともに回転するように配置されている。回転軸１１の上端にはネジ孔２０が形成されている。
【００２６】
スリーブ７と回転軸１１との隙間（第１の隙間）２１、スラストプレート１９と第２の凹部１７との隙間（第２の隙間）２２及びスラストプレート１９とカウンタプレート１８との隙間（第３の隙間）２３は、互いに連通しており、スリーブ７と回転軸１１との間から潤滑油１２が注入されて、これら互いに連通する第１〜３の隙間２１〜２３には潤滑油１２が封入されている。
【００２７】
（実施例）
本実施例では、以上の構成から成るスピンドルモータ１のステータ２のスリーブ７（「被挿入ワーク」に相当する。）に、ロータ３の回転軸１１（「挿入ワーク」に相当する。）を挿入するものであるが、図７（ｂ）に示すように、ステータ２を上下逆方向に配置して、スラストプレート１９を既に嵌着した回転軸１１を、上方から挿入する。この挿入のための方法及び装置を図１〜６で説明する。
【００２８】
なお、図１〜６ではステータ２及び回転軸１１を上下逆方向に配置しているが、説明の都合上、ステータ２及び回転軸１１については、図１〜６の図中の上下に則して上下を表現する。例えば、図７（ａ）では「回転軸１１の上端部」であるが、図１〜６では「回転軸１１の下端部」として説明する。
【００２９】
この実施例の軸挿入装置２４は、ステータ２を載置するターンテーブル２５と、挿入すべき回転軸１１をターンテーブル２５のほぼ中心部上方に位置決めして把持するための位置決め把持装置２６と、ターンテーブル２５のほぼ中心部下方に配置され昇降可能なスリーブ位置決め装置２７と、スリーブ位置決め装置２７内に挿通され独自に昇降可能な中空孔２８を有する案内シャフト２９とを備えている。
【００３０】
ターンテーブル２５は、図１（ａ）に示すように、その上面には、内周面にテーパ面３０を有する円形の凹部３１と、この凹部３１の中心と一致する中心を有する貫通孔３２が形成されている。ステータ２は、通常の使用時とは上下逆向きにされて、その下端周縁（図７（ａ）の使用時では上端周縁。）がテーパ面３０に当接するように載置されて、その軸心がターンテーブル２５の中心に位置決めされ、スリーブ７の下端（図７（ａ）の使用時では上端。）は貫通孔３２内に突出するように、ターンテーブル２５上に載置されて支持される。
【００３１】
位置決め把持装置２６は、開閉可能な把持アーム３３を有し、この把持アーム３３でスラストプレート１９が嵌着された回転軸１１を、通常の使用時とは上下逆の姿勢で把持し、ターンテーブル２５で支持されているステータ２のほぼ中心部上方に位置決めする。そして、把持アーム３３を開くと回転軸１１の把持を解放することができる。
【００３２】
スリーブ位置決め装置２７は、スリーブ支持部材３５（被挿入ワークであるスリーブ７を固定する部材であるから、「被挿入ワーク支持部材」に相当する。）とスリーブチャック装置３４とを備えている。スリーブ支持部材３５とスリーブチャック装置３４とは、図示はしないがスリーブ支持部材３５及びスリーブチャック装置用の昇降駆動機構（第１の昇降駆動機構）を設け、この昇降部に取り付けて昇降可能な構造とする。
【００３３】
スリーブ支持部材３５の中心には、大径孔３６、小径孔３７、中径孔３８及び細径孔３９とから成る中心孔４０が形成されている。スリーブ支持部材３５の中心孔４０内に、案内シャフト２９が昇降可能に挿通されている。この案内シャフト２９は、図示はしないが、案内シャフト用の昇降駆動機構（第２の昇降駆動機構）を設け、この昇降部に取り付けて昇降可能な構造とする。
【００３４】
第１の昇降駆動機構及び第２の昇降駆動機構は夫々、駆動用モーターと昇降可動機構から成る周知の昇降駆動機構を利用するものであり、この昇降駆動機構の構造自体は本発明の要旨ではないので図示及び詳細な説明は省略するが、本発明に利用する昇降駆動機構は、特に第２昇降駆動機構は、その昇降動作のスピードをコントロールでき、精度の良い位置決め制御（昇降の停止位置を精度良くコントロールする。）ができる構成であることが好ましい。
【００３５】
例えば、昇降駆動機構の駆動用モータとしては、ステップモーター（このモーターは、入力パルス数に比例して回転角が変位し、又入力周波数に比例して回転速度変化することを特徴とする。）や、インダクションモーター（このモーターも電源周波数により回転数を制御できる。）が利用される。そして、昇降駆動機構の可動機構としては、例えば、モーターの回転を精度良く直線動作に変換するボールネジ、リニアベアリング、ラック・ピニオン等が利用される。
【００３６】
スリーブチャック装置３４は、スリーブ支持部材３５とともに昇降するが、その昇降動作とは別に、スリーブ７を掴んだり放したりすることが可能なクランプアーム３４’を備えている。このクランプアーム３４’は、スリーブ支持部材３５の外側に位置し、図示はしないがスリーブ支持部材３５の半径方向に開閉可能であり、クランプ及び解放動作を選択的に行うことができる。
【００３７】
この案内シャフト２９は、全体的には中空孔２８が形成された管から成るが、その上端に、図１（ｂ）に示すようなヘッド４１が形成されている。案内シャフト２９の上端面（ヘッド４１の上端面）４２には、図１（ｂ）の上の平面図で示すように、平面十字状の十字溝４３が形成されている。
【００３８】
これにより、案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２に回転軸１１を載置しても、中空孔２８を外部から塞ぐことなく、常に中空孔２８と案内シャフト２９の周囲との連通を保持するような構造としている。さらに、このヘッド４１には、中空孔２８の一部であって、ヘッド４１上端面４２の十字溝４３の交叉部で開口する細孔４４が形成されている。
【００３９】
この実施例では十字溝４３を形成したが、中空孔２８から均等に放射方向に伸びており、中空孔２８と案内シャフト２９の周囲とを均等に連通させて、案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２に回転軸１１を載置しても中空孔２８を外部から塞ぐことなく、周囲との連通を保持する構造であればよい。これにより、後述するが、案内シャフト２９の外側の隙間４７、４７’内の空気の流れ（副流）とは別に、案内シャフト２９の中空孔２８内に周囲から流れ込む空気の流れ（主流）を発生させ、これにより、挿入不良を低減させて、挿入動作を精度よく行えるようにする。
【００４０】
（作用）
以下、本発明の作用の説明を通して、さらに特徴的な構造について補足して説明する。回転軸１１をスリーブ７に挿入する際には、スリーブチャック装置３４とともにスリーブ支持部材３５を第１の昇降駆動機構により上昇させて、スリーブ支持部材３５の上部内にスリーブ７が嵌合する状態で停止させる。そして、スリーブチャック装置３４のクランプアーム３４’を動作させて、スリーブ７をクランプしその位置決めした状態で保持する。
【００４１】
さらに、第２の昇降駆動機構により案内シャフト２９を上昇させ、これを回転軸１１の下端面４６（図１（ｂ）ではスリーブ７の上端面として示されている。）に当接して支持する状態で停止させる。即ち、把持アーム３３で把持された回転軸１１を、十字溝４３の形成された案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２で吸着することなく載置し支持している状態となる。この状態を図２（ａ）、（ｂ）（（ａ）の一部を拡大した図。）で示す。
【００４２】
図２（ａ）、（ｂ）において、スリーブ７の第１の凹部１６、第２の凹部１７、回転軸１１及び案内シャフト２９等は、大気圧Ｐａ下に晒されている。そして、案内シャフト２９とスリーブ支持部材３５との間の隙間４７及び案内シャフト２９とスリーブ７との間の隙間４７’は、第１のパイプ４８を通して第１の吸引ポンプ（真空ポンプ）４９に連通し、この第１の吸引ポンプ４９により吸引され、大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１となっている。そして、案内シャフト２９の中空孔２８は、第２のパイプ５０を通して第２の吸引ポンプ（真空ポンプ）５１に連通し、この第２の吸引ポンプ５１により吸引され、大気圧Ｐａより低い第２の圧力Ｐ２となっている。
【００４３】
ここで重要なことは、本発明では、第１の圧力Ｐ１、第２の圧力Ｐ２及び大気圧Ｐａを、次のような大小関係となるように、第１の吸引ポンプ４９及び第２の吸引ポンプ５１の夫々動作を制御して、夫々の吸引力を調整する構成とすることである。
Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐａ
【００４４】
このように、第１の吸引ポンプ４９及び第２の吸引ポンプ５１の動作を制御し第１の圧力Ｐ１、第２の圧力Ｐ２及び大気圧Ｐａの大小関係を上記のとおり保持している状態で、把持アーム３３を開いて回転軸１１の把持を解き、その重力で案内シャフト２９の上端面に載った状態とさせる。
【００４５】
大気圧Ｐａは第１の圧力Ｐ１、第２の圧力Ｐ２より大きいことから、図２（ｂ）に示すように、第１の凹部１６及び第２の凹部１７から空気が案内シャフト２９とスリーブ７との間の隙間４７’乃至隙間４７に周囲から流れ込み第１の空気流Ｌ１（後述の「主流」に対して「副流」という。）が生じる。さらに、第１の凹部１６から空気が案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２に形成された十字溝４３と通して案内シャフト２９の細孔４４乃至中空孔２８内に流入し第２の空気流Ｌ２（主流）が生じる。
【００４６】
この第２の空気流Ｌ２により、回転軸１１の下端面４６（図７（ａ）に使用時は上端。）に案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２への吸引力が作用する。しかしながら、この吸引力は、十字溝４３が形成されているから、回転軸１１の下端面４６をヘッド４１の上端面４２に真空的に吸着するような強いものではない。回転軸１１の外周面に放射方向から均等に作用する大気圧Ｐａや第１の空気流のＬ１の作用により、回転軸１１がヘッド４１の上面に対して互いに軸心を一致させることが可能とするように、水平方向にスライドすることを許す程度の吸引力である。
【００４７】
図２に示す状態において把持アーム３３が回転軸１１の把持を解放してから、案内シャフト２９を、第２の昇降駆動機構により、下降速度（挿入スピード）を比較的低速（例えば、１４ｍｍ／秒）で下降させ、図３に示す状態から、さらに図４に示すような回転軸１１の下端がスリーブ７の中心孔４０内に２ｍｍ程度挿入された状態とする。
【００４８】
図３（ａ）〜（ｃ）（（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の一部拡大図）は、回転軸１１の下端面４６がスリーブ７の中心孔４０内に入り込む直前の状態を示しており、図４（ａ）〜（ｃ）（（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の一部拡大図）は、回転軸１１の下端面４６がスリーブ７の中心孔４０内に僅かに（例えば２ｍｍ程度）入った状態を示している。
【００４９】
図３（ａ）〜（ｃ）では、大気圧Ｐａが回転軸１１の外周面に放射方向から均等に作用するとともに、第１の空気流Ｌ１が回転軸１１の外周面に沿って隙間４７’内に流入するから、回転軸１１は、スリーブ７の第１の凹部１６及び第２の凹部１７の中心に位置するような状態で、案内シャフト２９に従って下降する。
【００５０】
さらに、上記の通り、Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐａであるために、大気からの第２の空気の流れＬ２は、案内シャフト２９の十字溝４３を通って細孔４４から中空孔２８に流入するとともに、案内シャフト２９とスリーブ７の中心孔４０の隙間内に外周方向から均等に流入する。このような第２の空気の流れＬ２により、上述の通り、回転軸１１の下面４６を案内シャフト２９の上端面４２に吸引しかつスライドを許しながら、回転軸１１と中心孔４０の軸心を一致させるように下降する。
【００５１】
そして、図４（ａ）〜（ｃ）で示すように、スリーブ７の中心孔４０に回転軸１１の下端面４６が２ｍｍ程度入った状態では、大気から回転軸１１とスリーブ７との間の第１の隙間２１を通して回転軸１１の外周面に均等に空気が流れ込み、上記第２の空気の流れＬ２と同様の空気の流れＬ２’が案内シャフト２９の十字溝４３を通して細孔４４から中空孔２８に流入する。
【００５２】
しかしながら、スリーブ７の中心孔４０内に回転軸１１の下端面４６が入った状態では、大気と隙間４７’とは第１の隙間２１を介して連通はしているが、大気からの圧力の影響もやや弱くなり、しかもＰ２＜Ｐ１であるから、圧力Ｐ１の隙間４７’（案内シャフト２９とスリーブ７との隙間）から、圧力Ｐ２のスリーブ７の中心孔４０内へ十字溝４３を通して外周から空気が流れ込み、第３の空気流Ｌ３が生じる。
【００５３】
この第３の空気流Ｌ３は、回転軸１１の外周面沿って均等に流れるから、回転軸１１はスリーブ７の中心孔４０に入った後で下降する際にも、回転軸１１の軸心とスリーブ７の軸心が一致するように作用しながら下降する。これにより、回転軸１１のスリーブ７内への挿入後も、回転軸１１がスリーブ１１の中心孔４０の内面に当接し損傷するようなことが防止される。
【００５４】
このような空気の流れの状態において、図４（ａ）〜（ｃ）で示す状態からさらに図５（ａ）、（ｂ）に示すような状態まで、案内シャフト２９の下降速度を（挿入スピード）を上げて（例えば、２０ｍｍ／秒）下降させて、回転軸１１をスリーブ７の中心孔４０への挿入をさらに行う。
【００５５】
図５（ａ）、（ｂ）は、回転軸１１の上端（図７（ａ）中では下端。）に嵌着されたスラストプレート１９が第２の凹部１７内に入り込み、その下降が規制されて停止した状態であり、回転軸１１がスリーブ７の中心孔４０内に完全に挿入された挿入終了状態を示している。この状態では、案内シャフト２９のヘッド４１及びその上に載置された回転軸１１の下端面４６は、スリーブ支持部材３５の小径孔３７内まで下降している。
【００５６】
この図５（ａ）、（ｂ）に示す状態では、スラストプレート１９がスリーブ７の第２の凹部１７内に当接し中心孔４０は回転軸１１及びスラストプレート１９の自重で閉じられた状態となるから、大気圧Ｐａは第１の隙間２１内にはほとんど作用しない。
【００５７】
そして、隙間４７内の圧力Ｐ１は、案内シャフト２９の細孔４４及び中空孔２８の圧力Ｐ２より低いので、隙間４７から十字溝４３を通過して案内シャフト２９の細孔４４に流入する第３の空気流Ｌ３が生じている。この第３の空気流Ｌ３によりなおも、回転軸１１の下端面４６を案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２に吸着している吸引力が作用している。しかしながら、この吸引力は上述のとおりそれ程大きくないので、案内シャフト２９が下降すれば、回転軸１１の下端面４６から簡単に離れることができる。
【００５８】
図５に示す挿入終了状態の後は、図６（ａ）、（ｂ）（（ａ）の一部拡大図）に示すように、案内シャフト２９を高速（例えば、４０ｍｍ／秒）でターンテーブル２５の下方に下降させてから、スリーブチャック装置３４のクランプアーム３４’によるスリーブ７のクランプを解放し、第１の昇降駆動機構により、スリーブチャック装置３４とともにスリーブ支持部材３５も下降させる。
【００５９】
（実験例）
上述のとおり、本発明では、隙間４７の第１の圧力Ｐ１を案内シャフト２９の中空孔２８の第２の圧力Ｐ２より大きくし、案内シャフト２９の上端の溝４３を形成したことにより、溝４３を通して周囲から中空孔２８内に流れ込む空気の流れ（主流）を発生させるとともに、隙間４７に空気の流れ（副流）を発生させている。本発明者は、単に中空孔２８内に空気の流れのある構成（副流のみの構成）と、本発明のように主流と副流の生じる構成について、夫々２回にわたって挿入試験を実施した。
【００６０】
この挿入試験では、各回に数千本の回転軸（挿入ワーク）をスリーブ（被挿入ワーク）への挿入を行い、挿入不良の件数をデータとしてとり、挿入不良の生じる頻度を把握した。この挿入試験の結果を次に示す。
（１）単に主流のみの場合
▲１▼１回目
挿入ワークの数６３９３本、挿入不良本数１０２本、挿入不良率１．６％
▲２▼２回目
挿入ワークの数４５２９本、挿入不良本数１１６本、挿入不良率２．５６％
（２）主流と副流を設けた場合（本発明の構成）
▲１▼１回目
挿入ワークの数６５０４本、挿入不良本数３１本、挿入不良率０．４８％
▲２▼２回目
挿入ワークの数４２２２本、挿入不良本数２２本、挿入不良率０．５２％
【００６１】
この実験結果から、単に主流のみ発生する場合に較べて、本発明のように主流と副流を発生させる場合は、挿入不良率が各段を低減することが判明し、本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置は大きな効果があることが実証された。
【００６２】
以上、本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【００６３】
【発明の効果】
以上の構成から成る本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置２４によれば、次のような効果が生じる。
（１）本発明では、軸を孔に挿入する過程において、孔の形成されたスリーブをスリーブチャック装置でしっかりと位置決めし、挿入開始から挿入終了後迄、常時、空気流により軸と孔の軸心を一致させるようにするので、軸を孔の開口端に衝接し損傷させたりすることなく、孔に正確に軸心を一致させて挿入することができる。
【００６４】
（２）案内シャフトのヘッド上端面に溝孔を形成したので、ヘッド上端面に挿入すべき軸を吸引しながらも、軸にその外周面から均等な圧力をかけながらヘッド上端面に対して軸を軸心を一致させるように水平方向に移動可能とすることができ、しかも挿入終了後、吸引ポンプによる圧力保持作用を停止することなく、ヘッドを軸から離すように移動させることができる。さらに、この溝孔を形成したことにより、案内シャフトの中心孔に空気の流れ（主流）を発生させるとともに、案内シャフトとスリーブとの間の隙間に空気の流れ（副流）を発生させることで、挿入不良を低減させて生産性を向上させることができる。
【００６５】
（３）本発明によれば、従来の把持機構により挿入すべき軸を孔に互いの軸心を精度良く機構的に一致させてから挿入する技術手段は利用していないので、従来の機構的な位置決め精度の限界を打破する、きわめて精密機械装置や部品における、軸を孔に挿入する各種組立や組み付け工程の作業性の改善をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図２】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図３】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図４】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図５】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図６】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図７】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例が適用される一例であるスピンドルモータを説明する図である。
【符号の説明】
１ スピンドルモータ
２ ステータ
３ ロータ
４ フレーム
５ ハブ
６ 流体動圧軸受
７ スリーブ
８ ステータのスタック
９ コイル
１０ ハブの下部
１１ 回転軸
１２ 潤滑油
１３ ヨーク
１４ マグネット
１５ ロータの上端部
１６ 第１の凹部
１７ 第２の凹部
１８ カウンタプレート
１９ スラストプレート
２０ スラストプレートの連通孔
２１ 第１の隙間
２２ 第２の隙間
２３ 第３の隙間
２４ 軸挿入装置
２５ ターンテーブル
２６ 位置決め把持装置
２７ スリーブ位置決め装置
２８ 中空孔
２９ 案内シャフト
３０ ターンテーブルの凹部のテーパ面
３１ ターンテーブルの凹部
３２ ターンテーブルの貫通孔
３３ 把持アーム
３４ スリーブチャック装置
３４’ スリーブチャック装置のクランプアーム
３５ スリーブ支持部材
３６ スリーブ支持部材の大径孔
３７ スリーブ支持部材の小径孔
３８ スリーブ支持部材の中径孔
３９ スリーブ支持部材の細径孔
４０ スリーブ支持部材の中心孔
４１ 案内シャフトのヘッド
４２ 案内シャフト（のヘッド）の上端面
４３ 十字溝
４４ 案内シャフトの中空孔の一部である細孔
４５ スリーブの下端面
４６ 回転軸の下端面
４７ スリーブ支持部材と案内シャフトの隙間
４７’ シリンダと案内シャフトの隙間
４８ 第１のパイプ
４９ 第１の吸引ポンプ
５０ 第２のパイプ
５１ 第２の吸引ポンプ
Ｌ１ 第１の空気流
Ｌ２ 第２の空気流
Ｌ３ 第３の空気流
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸挿入方法及び軸挿入装置に関し、例えば、スピンドルモータの回転軸の支承に利用される流体動圧軸受において、ステータに回転軸を挿入する場合等に適用される軸挿入方法及びその方法を実施するための軸挿入装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種の機械装置の組立に際して、回転軸、芯軸、ボルト類等の軸を保持孔に挿入する場合、軸を保持孔の開口端に衝接したりすることなく、正確に位置決めして挿入する必要がある。
【０００３】
特に近年、磁気ディスクや光ディスク等のデータ記憶装置で使用されているスピンドルモータの流体動圧軸受では小型軽量化、回転精度の高度化が要請されており、流体動圧軸受のステータのスリーブ内に回転軸を挿入する場合、回転軸を挿入すべきスリーブの開口端部に衝接して損傷を生じたりすることなく、回転軸とスリーブの軸心を正確に合わせて挿入することが望ましい。
【０００４】
従来は、挿入すべき軸を把持する把持機構で、軸を保持孔に対して精度よく機械的に位置決めしてから挿入する手段が採用されていたが、この位置決め精度には限界がある。特に、近年、上記スピンドルモータ等において益々小型化する軸受等の精密技術分野の組立においては、位置決め高精度化が求められており把持機構で位置決めすることは困難である。
【０００５】
このような問題を解決する手段として、棒状部品を組み入れるべき孔の反対側から作動ロッドの吸気孔で棒状部品を吸引して組み入れるという手段は知られている（特許文献１参照。）。
【０００６】
さらに、基板に形成された支持孔に軸体を上方から挿入する場合に、軸体をロボットアームのヘッドに設けた被挿入ワークの保持孔内に吸引しながら周囲から圧力気体を噴出させて保持孔の軸心位置に軸体を保持して支持孔内に挿入するという技術も知られている（特許文献２参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１−３０６１３５号公報（第３図参照。）
【特許文献２】
特開昭６３−７２３７号公報（第１、２図参照。）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されているような棒状部品を作動ロッドで吸引して孔に組み込む手段は、棒状部品、孔及び作動ロッドの軸心を一致させるものではないので、棒状部品を孔と軸心を一致させて挿入することはできない。しかも、この手段では吸引動作を停止させないと棒状部品から作動ロッドを分離することができない。
【０００９】
又、特許文献２に開示されているような軸体を保持孔内で周囲から圧力気体を噴出させて吸引する手段は、保持孔内に軸体を互いの軸心を一致させて保持するものであり、軸体を支持孔内に互いの軸心を一致させて挿入するものではない。もし、軸体を支持孔内に互いの軸心を一致させて挿入するのであれば、保持孔を支持孔と互いに軸心を一致させなければならないという問題がある。
【００１０】
本発明は上記従来の問題点を解決することを目的とするものであり、各種の機械装置の組立に際して、回転軸、芯軸、ボルト類等の軸を保持孔に挿入する手段として、把持機構により挿入すべき軸を孔に互いの軸心を精度良く機構的に一致させる場合の機構的な精度の限界を考慮して、把持機構により軸を機構的に孔と軸心を一致させてから挿入するのではなく、全く新規な発想の下に、軸を孔の開口端に衝接したりすることなく、挿入開始から挿入終了後迄、常時、正確に位置決め動作をしながら挿入していく挿入方法及び挿入装置を実現するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、保持孔の形成された被挿入ワークを、中心孔を有する昇降可能な被挿入ワーク支持部材で下方から支持し、上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能である中空孔を有する案内シャフトを、上記保持孔に下方から挿通させて、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇させ、挿入ワークである軸を上記案内シャフトの上端面に上記中空孔を塞がないようにして載置してから、該案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を挿入する軸の挿入方法であって、上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間の圧力を大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１に保持し、上記案内シャフトの中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２に保持し、上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせて挿入する際に、大気圧Ｐａと上記第１の圧力Ｐ１との圧力差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧Ｐａと上記第２の圧力Ｐ２との圧力差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸と上記保持孔の互いの軸心を一致させて、挿入することを特徴とする軸挿入方法を提供する。
【００１２】
上記軸挿入方法では、被挿入ワークを被挿入ワーク支持部材で下方から支持する際に、上記被挿入ワークを上記被挿入ワーク支持部材とともに昇降するチャック装置でクランプすることが好ましい。
【００１３】
上記軸挿入方法では、上記案内シャフトの上端面に上記中空孔から放射方向に伸びる複数の溝を設けることにより、上記軸を上記案内シャフトの上端面に載置しても上記中空孔を塞がないようにしたことが好ましい。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するために、中心孔を有する昇降可能な被挿入ワーク支持部材と、上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能である中空孔を有する案内シャフトとを備え、保持孔が形成された被挿入ワークの該保持孔に、上記被挿入ワークの上方から挿入ワークとして軸を挿入する装置であって、上記被挿入ワーク支持部材は、上記被挿入ワークを下方から受けて支持し、上記案内シャフトは、上記被挿入ワークの保持孔を下方から挿通し、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇可能であり、上記軸を上記保持孔の上方から上記案内シャフトの上端面に上記中空孔を塞がないようにして載置させてから下降して上記保持孔に上記軸を挿入させるものであり、上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間の圧力Ｐ１に保ち、上記案内シャフトの中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２に保ち、上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせ挿入する際に、大気圧と第１の圧力との差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧と第２の圧力との差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸と上記保持孔の互いの軸心を一致させて挿入可能であることを特徴とする軸挿入装置を提供する。
【００１５】
本発明は上記課題を解決するために、中心孔を有する昇降可能な円筒状の被挿入ワーク支持部材と、上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能な中空孔を有する案内シャフトと、第１の吸引ポンプと、第２の吸引ポンプとを備え、保持孔の形成された被挿入ワークの該保持孔に、該被挿入ワークの上方から挿入ワークとして軸を挿入する装置であって、上記被挿入ワーク支持部材は、上記被挿入ワークを下方から受けて支持し、上記案内シャフトは、上記被挿入ワークの保持孔を下方から挿通し、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇可能であり、上記軸を上記保持孔の上方で上記案内シャフトの上端面で上記中空孔を塞がないようにして受けてから下降して上記保持孔に上記軸を挿入させるものであり、上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間に上記第１の吸引ポンプを連通して吸引し、該隙間の圧力を大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１とし、上記案内シャフトの中空孔に上記第２の吸引ポンプを連通して吸引し、該中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２とし、上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせ挿入する際に、大気圧と第１の圧力の差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧と第２の圧力の差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸を上記保持孔に、該軸と該保持孔の互いの軸心を一致させて挿入可能であることを特徴とする軸挿入装置を提供する。
【００１６】
上記軸挿入装置では、上記案内シャフトの上端面に上記中空孔から放射方向に伸びる溝孔が形成されていることが好ましい。
【００１７】
上記軸挿入装置では、上記被挿入ワーク支持部材とともに昇降可能な被挿入ワークチャック装置を設け、該被挿入ワークチャック装置は、被挿入ワークを、被挿入ワーク支持部材で下方から支持する際に、クランプすることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施の形態を実施例に基づいて図面を参照して説明する。
【００１９】
本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置は、断面円形の孔内に軸を孔の中心に軸心を合わせて挿入する技術であり、各種の装置の組立、メインテナンス等の作業に利用できるが、この実施例では、スピンドルモータのステータのスリーブに、ロータの回転軸を挿入するものについて説明する。
【００２０】
説明の都合上、この実施例で組み立てるべきスピンドルモータの概略を、図７（ａ）で説明する。このスピンドルモータ１は、コンピュータに使用される磁気ディスクや光ディスク等のデータ記憶装置のモータとして利用され、全体的には、ステータアッシー２とロータアッシー３とから構成される。
【００２１】
ステータアッシー２は、データ記憶装置本体に固定されるフレーム４を有する。フレーム４に、流体動圧軸受６を構成するスリーブ７が嵌着されている。フレーム４には、ステータスタック（ステータコア）８が取り付けられている。ステータスタック８には、その周方向に複数対のコイル９が隔設されている。
【００２２】
ロータアッシー３は、ハブ５を有し、このハブ５は回転軸１１の上端部に固定されており、回転軸１１とともに回転する。回転軸１１は、軸受部であるスリーブ７内に装入され、スリーブ７により回転可能に支承されている。ハブ５の下部１０はフレーム４の内側で回転するが、このフレーム４の下部１０の内周面にはヨーク１３が装着されている。ヨーク１３の内側には、マグネット１４が嵌入固定され、Ｎ極及びＳ極の複数極に着磁されている。
【００２３】
コイル９は、通電することにより磁場を形成し、この磁場内に配置されたマグネット１４に作用しロータアッシー３は回転する。ロータアッシー３の上端部１５の外周面には、データ記憶装置の図示しない回転ディスク（例．磁気ディスク）が装着され、スピンドルモータ１で回転・停止し、記録用のヘッドで情報の書き込み読み出しのデータ処理が行われる。
【００２４】
このようなスピンドルモータ１における流体動圧軸受６は、スリーブ７の下端部に、下方に向けて開口する大径の第１の凹部１６が形成されており、さらにこの第１の凹部１６の頂面（上面）には小径の第２の凹部１７が形成されている。大径の第１の凹部１６内には、カウンタプレート（スラスト受板）１８が嵌合され、例えば、カウンタプレート１８と第１の凹部１６を溶着することによりスリーブ７内が気密状態となるように固着されている。
【００２５】
回転軸１１の下端部にはスラストプレート１９が嵌圧されて固定されている。このスラストプレート１９は、スリーブ７の第２の凹部１７内で、カウンタプレート１８に対向して回転軸１１とともに回転するように配置されている。回転軸１１の上端にはネジ孔２０が形成されている。
【００２６】
スリーブ７と回転軸１１との隙間（第１の隙間）２１、スラストプレート１９と第２の凹部１７との隙間（第２の隙間）２２及びスラストプレート１９とカウンタプレート１８との隙間（第３の隙間）２３は、互いに連通しており、スリーブ７と回転軸１１との間から潤滑油１２が注入されて、これら互いに連通する第１〜３の隙間２１〜２３には潤滑油１２が封入されている。
【００２７】
（実施例）
本実施例では、以上の構成から成るスピンドルモータ１のステータ２のスリーブ７（「被挿入ワーク」に相当する。）に、ロータ３の回転軸１１（「挿入ワーク」に相当する。）を挿入するものであるが、図７（ｂ）に示すように、ステータ２を上下逆方向に配置して、スラストプレート１９を既に嵌着した回転軸１１を、上方から挿入する。この挿入のための方法及び装置を図１〜６で説明する。
【００２８】
なお、図１〜６ではステータ２及び回転軸１１を上下逆方向に配置しているが、説明の都合上、ステータ２及び回転軸１１については、図１〜６の図中の上下に則して上下を表現する。例えば、図７（ａ）では「回転軸１１の上端部」であるが、図１〜６では「回転軸１１の下端部」として説明する。
【００２９】
この実施例の軸挿入装置２４は、ステータ２を載置するターンテーブル２５と、挿入すべき回転軸１１をターンテーブル２５のほぼ中心部上方に位置決めして把持するための位置決め把持装置２６と、ターンテーブル２５のほぼ中心部下方に配置され昇降可能なスリーブ位置決め装置２７と、スリーブ位置決め装置２７内に挿通され独自に昇降可能な中空孔２８を有する案内シャフト２９とを備えている。
【００３０】
ターンテーブル２５は、図１（ａ）に示すように、その上面には、内周面にテーパ面３０を有する円形の凹部３１と、この凹部３１の中心と一致する中心を有する貫通孔３２が形成されている。ステータ２は、通常の使用時とは上下逆向きにされて、その下端周縁（図７（ａ）の使用時では上端周縁。）がテーパ面３０に当接するように載置されて、その軸心がターンテーブル２５の中心に位置決めされ、スリーブ７の下端（図７（ａ）の使用時では上端。）は貫通孔３２内に突出するように、ターンテーブル２５上に載置されて支持される。
【００３１】
位置決め把持装置２６は、開閉可能な把持アーム３３を有し、この把持アーム３３でスラストプレート１９が嵌着された回転軸１１を、通常の使用時とは上下逆の姿勢で把持し、ターンテーブル２５で支持されているステータ２のほぼ中心部上方に位置決めする。そして、把持アーム３３を開くと回転軸１１の把持を解放することができる。
【００３２】
スリーブ位置決め装置２７は、スリーブ支持部材３５（被挿入ワークであるスリーブ７を固定する部材であるから、「被挿入ワーク支持部材」に相当する。）とスリーブチャック装置３４とを備えている。スリーブ支持部材３５とスリーブチャック装置３４とは、図示はしないがスリーブ支持部材３５及びスリーブチャック装置用の昇降駆動機構（第１の昇降駆動機構）を設け、この昇降部に取り付けて昇降可能な構造とする。
【００３３】
スリーブ支持部材３５の中心には、大径孔３６、小径孔３７、中径孔３８及び細径孔３９とから成る中心孔４０が形成されている。スリーブ支持部材３５の中心孔４０内に、案内シャフト２９が昇降可能に挿通されている。この案内シャフト２９は、図示はしないが、案内シャフト用の昇降駆動機構（第２の昇降駆動機構）を設け、この昇降部に取り付けて昇降可能な構造とする。
【００３４】
第１の昇降駆動機構及び第２の昇降駆動機構は夫々、駆動用モーターと昇降可動機構から成る周知の昇降駆動機構を利用するものであり、この昇降駆動機構の構造自体は本発明の要旨ではないので図示及び詳細な説明は省略するが、本発明に利用する昇降駆動機構は、特に第２昇降駆動機構は、その昇降動作のスピードをコントロールでき、精度の良い位置決め制御（昇降の停止位置を精度良くコントロールする。）ができる構成であることが好ましい。
【００３５】
例えば、昇降駆動機構の駆動用モータとしては、ステップモーター（このモーターは、入力パルス数に比例して回転角が変位し、又入力周波数に比例して回転速度変化することを特徴とする。）や、インダクションモーター（このモーターも電源周波数により回転数を制御できる。）が利用される。そして、昇降駆動機構の可動機構としては、例えば、モーターの回転を精度良く直線動作に変換するボールネジ、リニアベアリング、ラック・ピニオン等が利用される。
【００３６】
スリーブチャック装置３４は、スリーブ支持部材３５とともに昇降するが、その昇降動作とは別に、スリーブ７を掴んだり放したりすることが可能なクランプアーム３４’を備えている。このクランプアーム３４’は、スリーブ支持部材３５の外側に位置し、図示はしないがスリーブ支持部材３５の半径方向に開閉可能であり、クランプ及び解放動作を選択的に行うことができる。
【００３７】
この案内シャフト２９は、全体的には中空孔２８が形成された管から成るが、その上端に、図１（ｂ）に示すようなヘッド４１が形成されている。案内シャフト２９の上端面（ヘッド４１の上端面）４２には、図１（ｂ）の上の平面図で示すように、平面十字状の十字溝４３が形成されている。
【００３８】
これにより、案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２に回転軸１１を載置しても、中空孔２８を外部から塞ぐことなく、常に中空孔２８と案内シャフト２９の周囲との連通を保持するような構造としている。さらに、このヘッド４１には、中空孔２８の一部であって、ヘッド４１上端面４２の十字溝４３の交叉部で開口する細孔４４が形成されている。
【００３９】
この実施例では十字溝４３を形成したが、中空孔２８から均等に放射方向に伸びており、中空孔２８と案内シャフト２９の周囲とを均等に連通させて、案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２に回転軸１１を載置しても中空孔２８を外部から塞ぐことなく、周囲との連通を保持する構造であればよい。これにより、後述するが、案内シャフト２９の外側の隙間４７、４７’内の空気の流れ（副流）とは別に、案内シャフト２９の中空孔２８内に周囲から流れ込む空気の流れ（主流）を発生させ、これにより、挿入不良を低減させて、挿入動作を精度よく行えるようにする。
【００４０】
（作用）
以下、本発明の作用の説明を通して、さらに特徴的な構造について補足して説明する。回転軸１１をスリーブ７に挿入する際には、スリーブチャック装置３４とともにスリーブ支持部材３５を第１の昇降駆動機構により上昇させて、スリーブ支持部材３５の上部内にスリーブ７が嵌合する状態で停止させる。そして、スリーブチャック装置３４のクランプアーム３４’を動作させて、スリーブ７をクランプしその位置決めした状態で保持する。
【００４１】
さらに、第２の昇降駆動機構により案内シャフト２９を上昇させ、これを回転軸１１の下端面４６（図１（ｂ）ではスリーブ７の上端面として示されている。）に当接して支持する状態で停止させる。即ち、把持アーム３３で把持された回転軸１１を、十字溝４３の形成された案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２で吸着することなく載置し支持している状態となる。この状態を図２（ａ）、（ｂ）（（ａ）の一部を拡大した図。）で示す。
【００４２】
図２（ａ）、（ｂ）において、スリーブ７の第１の凹部１６、第２の凹部１７、回転軸１１及び案内シャフト２９等は、大気圧Ｐａ下に晒されている。そして、案内シャフト２９とスリーブ支持部材３５との間の隙間４７及び案内シャフト２９とスリーブ７との間の隙間４７’は、第１のパイプ４８を通して第１の吸引ポンプ（真空ポンプ）４９に連通し、この第１の吸引ポンプ４９により吸引され、大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１となっている。そして、案内シャフト２９の中空孔２８は、第２のパイプ５０を通して第２の吸引ポンプ（真空ポンプ）５１に連通し、この第２の吸引ポンプ５１により吸引され、大気圧Ｐａより低い第２の圧力Ｐ２となっている。
【００４３】
ここで重要なことは、本発明では、第１の圧力Ｐ１、第２の圧力Ｐ２及び大気圧Ｐａを、次のような大小関係となるように、第１の吸引ポンプ４９及び第２の吸引ポンプ５１の夫々動作を制御して、夫々の吸引力を調整する構成とすることである。
Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐａ
【００４４】
このように、第１の吸引ポンプ４９及び第２の吸引ポンプ５１の動作を制御し第１の圧力Ｐ１、第２の圧力Ｐ２及び大気圧Ｐａの大小関係を上記のとおり保持している状態で、把持アーム３３を開いて回転軸１１の把持を解き、その重力で案内シャフト２９の上端面に載った状態とさせる。
【００４５】
大気圧Ｐａは第１の圧力Ｐ１、第２の圧力Ｐ２より大きいことから、図２（ｂ）に示すように、第１の凹部１６及び第２の凹部１７から空気が案内シャフト２９とスリーブ７との間の隙間４７’乃至隙間４７に周囲から流れ込み第１の空気流Ｌ１（後述の「主流」に対して「副流」という。）が生じる。さらに、第１の凹部１６から空気が案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２に形成された十字溝４３と通して案内シャフト２９の細孔４４乃至中空孔２８内に流入し第２の空気流Ｌ２（主流）が生じる。
【００４６】
この第２の空気流Ｌ２により、回転軸１１の下端面４６（図７（ａ）に使用時は上端。）に案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２への吸引力が作用する。しかしながら、この吸引力は、十字溝４３が形成されているから、回転軸１１の下端面４６をヘッド４１の上端面４２に真空的に吸着するような強いものではない。回転軸１１の外周面に放射方向から均等に作用する大気圧Ｐａや第１の空気流のＬ１の作用により、回転軸１１がヘッド４１の上面に対して互いに軸心を一致させることが可能とするように、水平方向にスライドすることを許す程度の吸引力である。
【００４７】
図２に示す状態において把持アーム３３が回転軸１１の把持を解放してから、案内シャフト２９を、第２の昇降駆動機構により、下降速度（挿入スピード）を比較的低速（例えば、１４ｍｍ／秒）で下降させ、図３に示す状態から、さらに図４に示すような回転軸１１の下端がスリーブ７の中心孔４０内に２ｍｍ程度挿入された状態とする。
【００４８】
図３（ａ）〜（ｃ）（（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の一部拡大図）は、回転軸１１の下端面４６がスリーブ７の中心孔４０内に入り込む直前の状態を示しており、図４（ａ）〜（ｃ）（（ｂ）、（ｃ）は（ａ）の一部拡大図）は、回転軸１１の下端面４６がスリーブ７の中心孔４０内に僅かに（例えば２ｍｍ程度）入った状態を示している。
【００４９】
図３（ａ）〜（ｃ）では、大気圧Ｐａが回転軸１１の外周面に放射方向から均等に作用するとともに、第１の空気流Ｌ１が回転軸１１の外周面に沿って隙間４７’内に流入するから、回転軸１１は、スリーブ７の第１の凹部１６及び第２の凹部１７の中心に位置するような状態で、案内シャフト２９に従って下降する。
【００５０】
さらに、上記の通り、Ｐ２＜Ｐ１＜Ｐａであるために、大気からの第２の空気の流れＬ２は、案内シャフト２９の十字溝４３を通って細孔４４から中空孔２８に流入するとともに、案内シャフト２９とスリーブ７の中心孔４０の隙間内に外周方向から均等に流入する。このような第２の空気の流れＬ２により、上述の通り、回転軸１１の下面４６を案内シャフト２９の上端面４２に吸引しかつスライドを許しながら、回転軸１１と中心孔４０の軸心を一致させるように下降する。
【００５１】
そして、図４（ａ）〜（ｃ）で示すように、スリーブ７の中心孔４０に回転軸１１の下端面４６が２ｍｍ程度入った状態では、大気から回転軸１１とスリーブ７との間の第１の隙間２１を通して回転軸１１の外周面に均等に空気が流れ込み、上記第２の空気の流れＬ２と同様の空気の流れＬ２’が案内シャフト２９の十字溝４３を通して細孔４４から中空孔２８に流入する。
【００５２】
しかしながら、スリーブ７の中心孔４０内に回転軸１１の下端面４６が入った状態では、大気と隙間４７’とは第１の隙間２１を介して連通はしているが、大気からの圧力の影響もやや弱くなり、しかもＰ２＜Ｐ１であるから、圧力Ｐ１の隙間４７’（案内シャフト２９とスリーブ７との隙間）から、圧力Ｐ２のスリーブ７の中心孔４０内へ十字溝４３を通して外周から空気が流れ込み、第３の空気流Ｌ３が生じる。
【００５３】
この第３の空気流Ｌ３は、回転軸１１の外周面沿って均等に流れるから、回転軸１１はスリーブ７の中心孔４０に入った後で下降する際にも、回転軸１１の軸心とスリーブ７の軸心が一致するように作用しながら下降する。これにより、回転軸１１のスリーブ７内への挿入後も、回転軸１１がスリーブ１１の中心孔４０の内面に当接し損傷するようなことが防止される。
【００５４】
このような空気の流れの状態において、図４（ａ）〜（ｃ）で示す状態からさらに図５（ａ）、（ｂ）に示すような状態まで、案内シャフト２９の下降速度を（挿入スピード）を上げて（例えば、２０ｍｍ／秒）下降させて、回転軸１１をスリーブ７の中心孔４０への挿入をさらに行う。
【００５５】
図５（ａ）、（ｂ）は、回転軸１１の上端（図７（ａ）中では下端。）に嵌着されたスラストプレート１９が第２の凹部１７内に入り込み、その下降が規制されて停止した状態であり、回転軸１１がスリーブ７の中心孔４０内に完全に挿入された挿入終了状態を示している。この状態では、案内シャフト２９のヘッド４１及びその上に載置された回転軸１１の下端面４６は、スリーブ支持部材３５の小径孔３７内まで下降している。
【００５６】
この図５（ａ）、（ｂ）に示す状態では、スラストプレート１９がスリーブ７の第２の凹部１７内に当接し中心孔４０は回転軸１１及びスラストプレート１９の自重で閉じられた状態となるから、大気圧Ｐａは第１の隙間２１内にはほとんど作用しない。
【００５７】
そして、隙間４７内の圧力Ｐ１は、案内シャフト２９の細孔４４及び中空孔２８の圧力Ｐ２より低いので、隙間４７から十字溝４３を通過して案内シャフト２９の細孔４４に流入する第３の空気流Ｌ３が生じている。この第３の空気流Ｌ３によりなおも、回転軸１１の下端面４６を案内シャフト２９のヘッド４１の上端面４２に吸着している吸引力が作用している。しかしながら、この吸引力は上述のとおりそれ程大きくないので、案内シャフト２９が下降すれば、回転軸１１の下端面４６から簡単に離れることができる。
【００５８】
図５に示す挿入終了状態の後は、図６（ａ）、（ｂ）（（ａ）の一部拡大図）に示すように、案内シャフト２９を高速（例えば、４０ｍｍ／秒）でターンテーブル２５の下方に下降させてから、スリーブチャック装置３４のクランプアーム３４’によるスリーブ７のクランプを解放し、第１の昇降駆動機構により、スリーブチャック装置３４とともにスリーブ支持部材３５も下降させる。
【００５９】
（実験例）
上述のとおり、本発明では、隙間４７の第１の圧力Ｐ１を案内シャフト２９の中空孔２８の第２の圧力Ｐ２より大きくし、案内シャフト２９の上端の溝４３を形成したことにより、溝４３を通して周囲から中空孔２８内に流れ込む空気の流れ（主流）を発生させるとともに、隙間４７に空気の流れ（副流）を発生させている。本発明者は、単に中空孔２８内に空気の流れのある構成（副流のみの構成）と、本発明のように主流と副流の生じる構成について、夫々２回にわたって挿入試験を実施した。
【００６０】
この挿入試験では、各回に数千本の回転軸（挿入ワーク）をスリーブ（被挿入ワーク）への挿入を行い、挿入不良の件数をデータとしてとり、挿入不良の生じる頻度を把握した。この挿入試験の結果を次に示す。
（１）単に主流のみの場合
▲１▼１回目
挿入ワークの数６３９３本、挿入不良本数１０２本、挿入不良率１．６％
▲２▼２回目
挿入ワークの数４５２９本、挿入不良本数１１６本、挿入不良率２．５６％
（２）主流と副流を設けた場合（本発明の構成）
▲１▼１回目
挿入ワークの数６５０４本、挿入不良本数３１本、挿入不良率０．４８％
▲２▼２回目
挿入ワークの数４２２２本、挿入不良本数２２本、挿入不良率０．５２％
【００６１】
この実験結果から、単に主流のみ発生する場合に較べて、本発明のように主流と副流を発生させる場合は、挿入不良率が各段を低減することが判明し、本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置は大きな効果があることが実証された。
【００６２】
以上、本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【００６３】
【発明の効果】
以上の構成から成る本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置２４によれば、次のような効果が生じる。
（１）本発明では、軸を孔に挿入する過程において、孔の形成されたスリーブをスリーブチャック装置でしっかりと位置決めし、挿入開始から挿入終了後迄、常時、空気流により軸と孔の軸心を一致させるようにするので、軸を孔の開口端に衝接し損傷させたりすることなく、孔に正確に軸心を一致させて挿入することができる。
【００６４】
（２）案内シャフトのヘッド上端面に溝孔を形成したので、ヘッド上端面に挿入すべき軸を吸引しながらも、軸にその外周面から均等な圧力をかけながらヘッド上端面に対して軸を軸心を一致させるように水平方向に移動可能とすることができ、しかも挿入終了後、吸引ポンプによる圧力保持作用を停止することなく、ヘッドを軸から離すように移動させることができる。さらに、この溝孔を形成したことにより、案内シャフトの中心孔に空気の流れ（主流）を発生させるとともに、案内シャフトとスリーブとの間の隙間に空気の流れ（副流）を発生させることで、挿入不良を低減させて生産性を向上させることができる。
【００６５】
（３）本発明によれば、従来の把持機構により挿入すべき軸を孔に互いの軸心を精度良く機構的に一致させてから挿入する技術手段は利用していないので、従来の機構的な位置決め精度の限界を打破する、きわめて精密機械装置や部品における、軸を孔に挿入する各種組立や組み付け工程の作業性の改善をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図２】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図３】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図４】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図５】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図６】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例を説明する図である。
【図７】本発明に係る軸挿入方法及び軸挿入装置の実施例が適用される一例であるスピンドルモータを説明する図である。
【符号の説明】
１ スピンドルモータ
２ ステータ
３ ロータ
４ フレーム
５ ハブ
６ 流体動圧軸受
７ スリーブ
８ ステータのスタック
９ コイル
１０ ハブの下部
１１ 回転軸
１２ 潤滑油
１３ ヨーク
１４ マグネット
１５ ロータの上端部
１６ 第１の凹部
１７ 第２の凹部
１８ カウンタプレート
１９ スラストプレート
２０ スラストプレートの連通孔
２１ 第１の隙間
２２ 第２の隙間
２３ 第３の隙間
２４ 軸挿入装置
２５ ターンテーブル
２６ 位置決め把持装置
２７ スリーブ位置決め装置
２８ 中空孔
２９ 案内シャフト
３０ ターンテーブルの凹部のテーパ面
３１ ターンテーブルの凹部
３２ ターンテーブルの貫通孔
３３ 把持アーム
３４ スリーブチャック装置
３４’ スリーブチャック装置のクランプアーム
３５ スリーブ支持部材
３６ スリーブ支持部材の大径孔
３７ スリーブ支持部材の小径孔
３８ スリーブ支持部材の中径孔
３９ スリーブ支持部材の細径孔
４０ スリーブ支持部材の中心孔
４１ 案内シャフトのヘッド
４２ 案内シャフト（のヘッド）の上端面
４３ 十字溝
４４ 案内シャフトの中空孔の一部である細孔
４５ スリーブの下端面
４６ 回転軸の下端面
４７ スリーブ支持部材と案内シャフトの隙間
４７’ シリンダと案内シャフトの隙間
４８ 第１のパイプ
４９ 第１の吸引ポンプ
５０ 第２のパイプ
５１ 第２の吸引ポンプ
Ｌ１ 第１の空気流
Ｌ２ 第２の空気流
Ｌ３ 第３の空気流
Claims (5)
- 保持孔の形成された被挿入ワークを、中心孔を有する昇降可能な被挿入ワーク支持部材で下方から支持し、
上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能である中空孔を有する案内シャフトを、上記保持孔に下方から挿通させて、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇させ、
挿入ワークである軸を上記案内シャフトの上端面に上記中空孔を塞がないようにして載置してから、該案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を挿入する軸の挿入方法であって、
上記案内シャフトの上端面に上記中空孔から放射方向に伸びる複数の溝を設け、
上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間の圧力を大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１に保持し、
上記案内シャフトの中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２に保持し、
上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせて挿入する際に、大気圧Ｐａと上記第１の圧力Ｐ１との圧力差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧Ｐａと上記第２の圧力Ｐ２との圧力差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸と上記保持孔の互いの軸心を一致させて、挿入することを特徴とする軸挿入方法。 - 被挿入ワークを被挿入ワーク支持部材で下方から支持する際に、上記被挿入ワークを上記 被挿入ワーク支持部材とともに昇降するチャック装置でクランプすることを特徴とする請求項１記載の軸挿入方法。
- 中心孔を有する昇降可能な被挿入ワーク支持部材と、上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能である中空孔を有する案内シャフトとを備え、保持孔が形成された被挿入ワークの該保持孔に、上記被挿入ワークの上方から挿入ワークとして軸を挿入する装置であって、
上記被挿入ワーク支持部材は、上記被挿入ワークを下方から受けて支持し、
上記案内シャフトは、上記被挿入ワークの保持孔を下方から挿通し、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇可能であり、上記軸を上記保持孔の上方から上記案内シャフトの上端面に上記中空孔を塞がないようにして載置させてから下降して上記保持孔に上記軸を挿入させるものであり、
上記案内シャフトの上端面に上記中空孔から放射方向に伸びる複数の溝を設け、
上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間の圧力を大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１に保持し、上記案内シャフトの中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２に保ち、
上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせ挿入する際に、大気圧と第１の圧力との差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧と第２の圧力との差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸と上記保持孔の互いの軸心を一致させて挿入可能であることを特徴とする軸挿入装置。 - 中心孔を有する昇降可能な円筒状の被挿入ワーク支持部材と、上記被挿入ワーク支持部材の中心孔を通して昇降可能な中空孔を有する案内シャフトと、第１の吸引ポンプと、第２の吸引ポンプとを備え、保持孔の形成された被挿入ワークの該保持孔に、該被挿入ワークの上方から挿入ワークとして軸を挿入する装置であって、
上記被挿入ワーク支持部材は、上記被挿入ワークを下方から受けて支持し、
上記案内シャフトは、上記被挿入ワークの保持孔を下方から挿通し、該案内シャフトの上端面が該保持孔の上方になる位置にまで上昇可能であり、上記軸を上記保持孔の上方で上記案内シャフトの上端面で上記中空孔を塞がないようにして受けてから下降して上記保持孔に上記軸を挿入させるものであり、
上記案内シャフトの上端面に上記中空孔から放射方向に伸びる複数の溝を設け、
上記被挿入ワーク支持部材と上記案内シャフトとの間の隙間に上記第１の吸引ポンプを連通して吸引し、該隙間の圧力を大気圧Ｐａより低い第１の圧力Ｐ１とし、
上記案内シャフトの中空孔に上記第２の吸引ポンプを連通して吸引し、該中空孔の圧力を上記第１の圧力より低い第２の圧力Ｐ２とし、
上記案内シャフトを下降させて上記保持孔に上記軸を上方から近づかせ挿入する際に、大気圧と第１の圧力の差で上記隙間に上方から第１の空気流を発生させるとともに、大気圧と第２の圧力の差で上記中空孔に第２の空気流を発生させることにより、上記軸を上記保持孔に、該軸と該保持孔の互いの軸心を一致させて挿入可能であることを特徴とする軸挿入装置。 - 上記被挿入ワーク支持部材とともに昇降可能な被挿入ワークチャック装置を設け、該被挿入ワークチャック装置は、被挿入ワークを、被挿入ワーク支持部材で下方から支持する際に、クランプすることを特徴とする請求項４記載の軸挿入装置。
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