JP5465967B2 - 転がり軸受装置 - Google Patents

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）と内輪およびハウジング（外筒）と外輪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シャフトと内輪およびハウジングと外輪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、軌道面を有する内輪および外輪と、これら内輪と外輪との間に各前記軌道面により形成される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の部材とを備え、前記内輪および前記外輪の少なくとも１つが、前記軸方向の一端に前記軌道面から離れる方向に延び、レーザ溶接により局所的に熱変形して前記第１の部材または前記第２の部材に接合される溶接接合部を備える転がり軸受装置を提供する。

本発明によれば、第１の部材を各内輪に嵌合させた２つの転がり軸受の各外輪がそれぞれ第２の部材に嵌合されることにより、第１の部材と第２の部材とが転がり軸受によって相対回転可能に支持される。この場合において、内輪または外輪の軸方向の一端に設けられた溶接接合部が第１の部材または第２の部材にレーザ溶接されることにより、溶接時に軌道面に熱変形を生じさせて真円度を低下させることなく内輪または外輪と第１の部材または第２の部材との嵌合部分を固定することができる。

また、レーザ溶接により嵌合部分を固定することで、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、レーザ溶接によれば、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。

上記発明においては、前記内輪または前記外輪が前記軌道面を有する厚肉部を備え、前記溶接接合部が前記厚肉部より半径方向厚さが薄く形成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、溶接接合部に施されたレーザ溶接により、溶接接合部を局所的に熱変形させて、その熱応力を厚肉部に伝達し難くすることができる。これにより、溶接接合部をレーザ溶接によって第１の部材または第２の部材に積極的に接合しつつ、厚肉部の軌道面に熱変形が及ぶのを防ぐことができる。

また、上記発明においては、前記溶接接合部が、前記内輪または前記外輪の周方向に間隔をあけて複数配置されて前記軸方向に突出していることとしてもよい。
このように構成することで、レーザ溶接により熱変形が生じる範囲を溶接接合部に制限し、軌道面に熱変形が及ぶのを防ぐことができる。また、このような複数の溶接接合部により嵌合部分を周方向に安定的に固定することができる。

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スペーサ部の長さに応じた隙間ができるので、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溶接を施すことにより、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。 図２の内輪とシャフトの溶接箇所を軸方向に直交する断面で切断した横断面図である。 参考例に係る図２に示す転がり軸受装置のトルクと回転角度との関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置の転がり軸受装置のトルクと回転角度との関係を示した図である。 本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る転がり軸受装置の縦断面図である。 本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る転がり軸受装置の内輪を示す斜視図である。 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。

内輪３ａには、外周面に深溝型若しくはアンギュラ型の内輪軌道面（軌道面）３０ａが設けられている。また、外輪５ａには、内周面に深溝型若しくはアンギュラ型の外輪軌道面（軌道面）５０ａが設けられている。これら内輪３ａおよび外輪５ａの各軌道面３０ａ，５０ａにより前記円環状空間が形成されるようになっている。

また、内輪３ａは、内輪軌道面３０ａを有する厚肉部３２ａと、厚肉部３２ａの一端から周方向全体にわたり内輪軌道面３０ａに対して離れる方向に延びる突出部（溶接接合部）３４ａとにより構成されている。この突出部３４ａは、軸方向に略一定の厚さを有し、内径寸法が厚肉部３２ａの内径寸法と等しく、外形寸法が厚肉部３２ａの外径寸法より小さい薄肉形状となっている。

このように構成された内輪３ａにはシャフト１３が嵌合されている。また、内輪３ａとシャフト１３との嵌合部分は、突出部３４ａの端面とシャフト１３の外周面とが交差する部分におけるレーザ溶接により固定されている。図１において、符号３３は溶接箇所を示している。なお、内輪３ａの厚肉部３２ａとシャフト１３との嵌合部分を接着または圧入により固定することとしてもよい。

外輪５ａは、内輪３ａとほぼ同一の長さを有し、スリーブ２３の嵌合孔２５に嵌合されている。また、外輪５ａと嵌合孔２５との嵌合部分は接着またはレーザ溶接により固定されている。
第２の転がり軸受１Ｂは、第１の転がり軸受１Ａと同じ構成であるので説明を省略する。

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。そして、レーザ溶接により、内輪３ａの突出部３４ａの端面とシャフト１３の外周面とを接合する。

この場合に、突出部３４ａの半径方向厚さが厚肉部３２ａの半径方向厚さより薄いので、レーザ溶接により突出部３４ａを局所的に熱変形させ、その熱応力を厚肉部３２ａに伝達し難くすることができる。したがって、突出部３４ａを内輪３ａに積極的に接合しつつ厚肉部３２ａの内輪軌道面３０ａに熱変形が及ぶのを防ぐことができる。

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。ここで、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。また、接着に代えて、外輪５ｂと第２の嵌合部２９Ｂとをレーザ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とを接着またはレーザ溶接により固定することとしてもよい。

次に、転がり軸受１Ａの内輪３ｂの突出部３４ｂとシャフト１３とを接合する。
ここで、転がり軸受１Ａ，１Ｂの外輪５ａ，５ｂ間に挟まれたスペーサ部２７により、内輪３ａ，３ｂ間にはスペーサ部２７の長さに応じた隙間が形成されている。そこで、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、第１の転がり軸受１Ａおよび第２の転がり軸受１Ｂに予圧をかけた状態で、レーザ溶接により、内輪３ｂの突出部３４ｂの端面とシャフト１３の外周面とを接合する。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、内輪３ａと同様に、レーザ溶接により、内輪３ｂの突出部３４ｂをシャフト１３に積極的に接合しつつ厚肉部３２ｂの内輪軌道面３０ｂに熱変形が及ぶのを防ぐことができる。

ここで、本実施形態に係る転がり軸受装置１０の参考例として、例えば、図２および図３に示すように、内輪３ａ，３ｂが突出部３４ａ，３４ｂを備えず、厚肉部３２ａ，３２ｂの端面とシャフト１３の外周面とをレーザ溶接することとした場合には、溶融した溶接箇所３３が硬化する際の収縮により被溶接材（図２および図３においては、内輪３ａ，３ｂとシャフト１３）が相互に引き寄せられる力が働く。そのため、図４に示すように、転がり軸受１Ａ，１Ｂの内輪軌道面３０ａ，３０ｂの真円度が低下してトルク変動が発生することとなる。同図において、縦軸はトルクを示し、横軸は回転角度を示している（図５において同様である）。

これに対し、本実施形態に係る転がり軸受装置１０によれば、レーザ溶接により突出部３４ａ、３４ｂを局所的に熱変形させることにより、溶接時に内輪軌道面３０ａ，３０ｂに熱変形が生じるのを防ぎ、内輪軌道面３０ａ，３０ｂの真円度を低下させることなく内輪３ａ，３ｂとシャフト１３とを固定することができる。これにより、図５に示すように、トルク変動の発生を防止することができる。

また、レーザ溶接により内輪３ａ，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、レーザ溶接によれば、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３４ｂが軸方向に略一定の厚さを有する形状であるとしたが、第１の変形例としては、図６に示すように、突出部３５ｂの形状が厚肉部３２ｂ近傍においては半径方向厚さが薄く、内輪軌道面３０ｂから離れるにしたがい徐々に半径方向厚さが厚くなるものであってもよい。突出部３５ｂの端面の半径方向厚さを厚くすることで溶接箇所３３に極端な熱変形を生じ難くするとともに、厚肉部３２ｂ近傍の厚さを薄くすることで厚肉部３２ｂへ熱応力が伝達され難くし、熱変形が生じる範囲を突出部３５ｂに制限することができる。突出部３５ａについても同様である。

また、例えば、本実施形態においては、突出部３４ａ，３４ｂが周方向全体にわたり軸方向に延びる形状であるとしたが、第２の変形例としては、図７に示すように、突出部３６ａ，３６ｂの形状が、内輪３ａ，３ｂの周方向に間隔をあけて複数（本変形例では３箇所）配置されて軸方向に櫛歯状に突出するものであってもよい。このようにすることで、レーザ溶接により熱変形が生じる範囲を突出部３６ａ，３６ｂに制限し、内輪軌道面３０ａ，３０ｂに熱変形が及ぶのを防ぐことができる。また、このような複数の突出部３６ａ，３６ｂを周方向に間隔をあけて配置することで嵌合部分を周方向に安定的に固定することができる。

〔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８に示すように、内輪１０３ｂが突出部３４ｂを備えず、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）１３６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１３６は、軸方向に略一定の厚さを有し、厚肉部３２ｂ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１３６は、シャフト１３を嵌合させて内輪１０３ｂの端面に突き当てられた状態で、レーザ溶接によりシャフト１３に接合されている。これにより、内輪側リング１３６によって内輪１０３ｂの軸方向の移動や周方向全体にわたる位置ずれが規制されるようになっている。

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１３６にシャフト１３を嵌合させ、内輪１０３ｂの端面に内輪側リング１３６を突き当てる。

続いて、内輪側リング１３６および内輪１０３ｂを内輪３ａに近接させる方向に押圧し、この状態で、内輪側リング１３６の内輪１０３ｂに突き当てられた端面とは軸方向の反対側の端面とシャフト１３の外周面とをレーザ溶接により接合する。これにより、内輪１０３ｂの軸方向の移動を規制し、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。

以上説明したように、本実施形態に係る転がり軸受装置１１０によれば、内輪側リング１３６が内輪１０３ｂと物理的に分離されているので、溶接時に内輪側リング１３６の熱変形が内輪１０３ｂに伝わらず、内輪軌道面３０ｂに熱変形が生じるのを防ぐことができる。したがって、内輪軌道面３０ｂの真円度を低下させることなく内輪１０３ｂとシャフト１３との嵌合部分を固定することができる。

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１３６を例示して説明したが、例えば、内輪３ａとして突出部３５ａを備えない形状のものを採用し、固定部材として内輪３ａ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、本実施形態においては、内輪側リング１３６が厚肉部３２ａ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、一端の半径方向厚さが薄く、軸方向に徐々に半径方向厚さが厚くなる形状であってもよい。この場合、半径方向厚さが薄い一端を内輪１０３ｂに突き当てて配置することとすればよい。また、例えば、内輪側リング１３６の形状が、周方向に間隔をあけて複数配置されて軸方向に櫛歯状に突出する突出部を備え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３ａ，３ｂが突出部（溶接接合部）を備える構成にしたり、あるいは、外輪５ｂの軸方向の一端に配置され、スリーブ２３の嵌合孔２５に嵌合される環状の外輪側リング（固定部材）を採用したり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３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂまたは内輪側リング１３６とシャフト１３とのレーザ溶接により嵌合部分を固定することとしたが、例えば、嵌合部分におけるシャフト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、レーザ溶接による接合と接着剤による接合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
３０ａ，３０ｂ 内輪軌道面（軌道面）
３２ａ，３２ｂ 厚肉部
３４ａ，３４ｂ，３５ａ，３５ｂ，３６ａ，３６ｂ 突出部（溶接接合部）
５０ａ，５０ｂ 外輪軌道面（軌道面）
１３６ 内輪側リング（固定部材）

Claims (2)

1. 軌道面を有する内輪および外輪と、これら内輪と外輪との間に各前記軌道面により形成される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の部材とを備え、
   前記内輪および前記外輪の少なくとも１つが、前記軸方向の一端に前記軌道面から離れる方向に延びて突起する溶接接合部を有し、
   前記内輪または前記外輪が前記軌道面を有する厚肉部を備え、前記溶接接合部が前記厚肉部より半径方向厚さが薄く形成されるとともに前記内輪または前記外輪の周方向に間隔をあけて複数配置され、
   前記溶接接合部の端面と前記第１の部材の外周面または前記第２の部材の内周面とが交差する部分がレーザ溶接されていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 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に記載の転がり軸受装置。

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