JPWO2009063566A1 - ベアリングの組み立て方法及び与圧治具 - Google Patents

Abstract

シャフトと回転体との間にベアリングを組み込むとともに、ベアリングの内輪とシャフトとの間に第１の接着剤を供給し、且つベアリングの外輪と回転体との間に第２の接着剤を供給する。第１及び第２の接着剤が硬化する前に、ベアリングの内輪の端面の複数箇所を部分的に加圧する。第１及び第２の接着剤が硬化したら加圧を終了する。

Description

本発明はベアリングの組み立て方法及び与圧治具に係り、特に精度のよい滑らかな旋回を必要とする回転体に組み込むベアリングの組み立て方法及びその方法に用いられる与圧治具に関する。

磁気ディスク装置の製造工程において、磁気ヘッドを製品に組み込む前に性能試験を行う必要がある。この磁気ヘッドの性能試験は、例えば４０個というように多数の磁気ヘッドを一度に試験するために、多数の磁気ヘッドを一つのアクチュエータブロックに取り付けて行われる。性能試験では、実際の磁気ヘッドの動きと同じとなるようにアクチュエータブロックを旋回させる必要がある。すなわち、アクチュエータブロックの旋回中心から取り付けられた磁気ヘッドまでの距離を、実際の製品（磁気ディスク装置）におけるアクチュエータの旋回中心から磁気ヘッドまでの距離に等しくする必要がある。

試験装置のアクチュエータブロックはボールベアリングを用いてシャフトの回りで旋回可能に構成される。試験装置には多数の磁気ヘッドが取り付けられたるため、旋回機構には実際の製品よりも剛性が要求され、耐久性も要求される。したがって、アクチュエータブロックとシャフトの間に用いられるベアリングは、実際の製品におけるベアリングよりは大きなベアリングとする必要がある。

このように、試験装置におけるアクチュエータブロックには、実際の製品に取り付けられるユニットベアリング（シャフトとカラーとベアリングとが一体となったもの）を用いることができず、大きなベアリングをシャフトに直接取り付けることが多い。すなわち、多数の磁気ヘッドを支持できるようなアクチュエータブロックを準備し、そのアクチュエータブロックにシャフトとベアリングを取り付けることとなる。

上述のようにアクチュエータブロックへのベアリングの取り付け方法として、従来技術となるような文献は見当たらないが、モータシャフトにベアリングを取り付ける方法として、ベアリングが装着されたシャフトの先端部分を変形させてベアリングを固定する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５−１８０５８３号公報

アクチュエータブロックにシャフトとベアリングを取り付ける工程では、アクチュエータブロックの貫通孔にシャフトを挿入し、貫通孔の両端付近にボールベアリングを取り付ける。これにより、シャフトに対してアクチュエータブロックが旋回可能となる。アクチュエータブロックの旋回動作を非常に滑らかにする必要があるため、ボールベアリングとシャフトの間、及びボールベアリングとアクチュエータブロックの間は、圧入等の固定方法ではなく、接着剤により固定される場合が多い。

ボールベアリングを接着剤で固定するには、ボールベアリングを精度よく位置決めするために、接着剤が硬化するまでボールベアリングに押圧力を加えてアクチュエータブロックに対して押し付けておく必要がある。通常、ボールベアリングの外輪の軸方向端面をアクチュエータブロックの収容部の面で支持し、ボールベアリングの内輪を軸方向から加圧することで接着剤が硬化するまでの間、ボールベアリングが所定の位置にあるように固定しておく。

一般に、ボールベアリングに軸方向の加圧を行うには、ボールベアリングの内輪又は外輪の端面の全面に治具を押し付けて端面全面を均一に押圧する。ところが、上述の磁気ヘッド旋回用のアクチュエータブロックには、非常に滑らかな動作が必要とされるため、例えばボールベアリングの内輪全面を加圧した際に、旋回（回転）に滑らかではない部分、いわゆる「ひっかかり」あるいは「ごりごり感」が生じることがある。この不具合は、内輪が加圧された際にボールベアリング内のボールに内輪が押し付けられて僅かに変形することで、各ボールに均一な荷重が作用しなくなることに起因するものと考えられる。すなわちボールや内輪、外輪の寸法誤差に起因してある特定のボールが位置する部分で内輪又は外輪が弾性的に変形できず、僅かに塑性変形することが原因の一つであると考えられる。このような変形が生じると、アクチュエータブロックを回転させた際に、特定のボールが変形部分に移動した際に一時的に摩擦が大きくなり、上述の「ひっかかり」あるいは「ごりごり感」が生じるものと考えられる。「ひっかかり」あるいは「ごりごり感」がある状態でアクチュエータブロックを使用した場合、アクチュエータブロックの旋回移動量をトルクで制御しているため、所望の旋回が達成できないおそれがある。

現状では、このような「ひっかかり」あるいは「ごりごり感」のように回転が滑らかでないことを機械で検出することは難しく、組み立て作業員がアクチュエータブロックを手で回転させて、僅かなひっかかりを手の感触で検出している。この検出作業は時間がかかるだけでなく、熟練した作業員でないとできないため、非常に面倒な作業であり、作業費用も多く掛かる。

また、「ひかっかり」あるいは「ごりごり感」が生じたアクチュエータブロックは使用できないため、例えば、組み立てたボールベアリング及びシャフトを一旦アクチュエータブロックから外し、きれいに清掃してから再度組み立てるといった作業を行うこともあり、時間と労力を必要とする。

本発明は上述の問題に鑑みなされたものであり、回転体にベアリングを介してシャフトを組み込んだ際に、ベアリングの組み込みに起因して発生する回転体の回転時の摩擦の不均一性を防止することのできるベアリングの組み立て方法、及びそのような方法に用いられる与圧治具を提供することを課題とする。

本発明の一つの面によれば、シャフトと回転体との間にベアリングを組み込むためのベアリングの組み立て方法であって、該シャフトと該回転体との間に該ベアリングを組み込むとともに、前記ベアリングの内輪と前記シャフトとの間に第１の接着剤を供給し、且つ前記ベアリングの外輪と前記回転体との間に第２の接着剤を供給し、該第１及び第２の接着剤が硬化する前に、前記内輪の端面の複数箇所を部分的に加圧し、前記第１及び第２の接着剤が硬化したら加圧を終了することを特徴とするベアリングの組み立て方法が提供される。

本発明の他の面によれば、ベアリングの組み立て時にベアリングに加圧力を与える与圧治具であって、前記ベアリングの端面を複数箇所で部分的に押圧するベアリング押し面を有することを特徴とする与圧治具が提供される。

本発明によれば、回転体にベアリングを介してシャフトを組み込んだ際に、ベアリングの組み込みに起因して発生する回転体の回転時の摩擦の不均一性を防止することができる。したがって、回転体をシャフトに対して滑らかに回転させることができ、回転体の回転位置の精度を高めることができる。

本発明の一実施形態によるベアリングの組み立て方法により組み立てられるアクチュエータブロックの分解斜視図である。 図１に示すアクチュエータブロックにシャフトとベアリングを組み付けた状態を示す斜視図である。 ベアリングが組み込まれた部分を拡大して示す断面図である。 与圧治具をベアリングに接触する側から見た斜視図である。 与圧治具をベアリングに接触する側の反対側から見た斜視図である。 ベアリング内のボールと与圧治具のベアリング押し面との位置関係を示す図である。 ベアリング内のボールと与圧治具のベアリング押し面との位置関係を示す図である。 ベアリング内のボールと与圧治具のベアリング押し面との位置関係を示す図である。 ベアリング内のボールと与圧治具のベアリング押し面との位置関係を示す図である。

符号の説明

１０ アクチュエータブロック
１０ａ 貫通孔
１２ シャフト
１４−１，１４−２ ベアリング
１４−１ａ 外輪
１４−１ｂ 内輪
１４−１ｃ ボール
２０ 与圧治具
２２−１，２２−２ 接着剤
２４ 凸部
２４ａ ベアリング押し面
２６ 凸部
２６ａ 被加圧面

本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。

まず、本発明の一実施形態によるベアリングの組み立て方法により組み立てられるアクチュエータブロックについて、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態によるベアリングの組み立て方法により組み立てられるアクチュエータブロックの分解斜視図である。図２は図１に示すアクチュエータブロックにシャフトとベアリングを組み付けた状態を示す斜視図である。

図１に示すアクチュエータブロック１０は、磁気ヘッドの性能試験を行うために多数の磁気ヘッドを支持しながら回転又は旋回する回転体である。実際の磁気ディスク装置におけるアクチュエータと同じ旋回動作が要求されるため、アクチュエータブロック１０は非常に滑らかに回転可能でなければならない。

アクチュエータブロック１０には、長手方向に貫通孔１０ａが設けられており、貫通孔１０ａ内にシャフト１２が挿入される。貫通孔１０ａの両端にはボールベアリング１４−１，１４−２（以下、単にベアリング１４−１，１４−２と称する）が取り付けられる。したがって、アクチュエータブロック１０は、ベアリング１４−１，１４−２により支持されながらシャフト１２の回りに回転又は旋回可能である。

なお、図１には、シャフト１２が下方に部分的に引き抜かれ、ベアリング１４−１，１４−２がアクチュエータブロック１０から外れた状態が示されている。また、上側のベアリング１４−１の上に、後述する与圧治具２０が示されている。

シャフト１２とベアリング１４−１，１４−２をアクチュエータブロック１０に組み込む工程における状態が図２に示されている。シャフト１２及びベアリング１４−１，１４−２は、アクチュエータブロック１０の貫通孔１０ａ内に収容され、ベアリング１４−１，１４−２と、アクチュエータブロック１０及びシャフト１２の各々とが接着剤により固定される。これにより、アクチュエータブロック１０は、ベアリング１４−１，１４−２を介して回転可能な状態となる。

下側のベアリング１４−２はシャフト１２の下端部に設けられた突部により押圧されてアクチュエータブロック１０の貫通孔１０ａに押し込まれる。したがって、下側のベアリング１４−２は、シャフト１２がと貫通孔１０ａ内に収容された状態では、貫通孔１０ａに押し込まれた状態で位置が固定される。

一方、上側のベアリング１４−１は、貫通孔１０ａに収容された状態では軸方向の押圧力は印加されない。このため、ベアリング１４−１を固定するための接着剤が硬化するまでの間、上側のベアリング１４−１に加圧力を加えて貫通孔１０ａ内の所定の位置に保持しておく必要がある。そこで、本実施形態では、接着剤が硬化するまでの間、与圧治具２０を用いてベアリング１４−１に加圧力を加え、ベアリング１４−１を貫通孔１０ａ内の所定の位置に保持している。

次に、与圧治具２０によるベアリング１４−１の加圧について、図３乃至図５を参照しながら説明する。図３はベアリング１４−１が組み込まれた部分を拡大して示す断面図である。図４は与圧治具２０をベアリング１４−１に接触する側から見た斜視図である。図５は与圧治具２０をベアリング１４−１に接触する側の反対側から見た斜視図である。

図３に示すように、アクチュエータブロック１０の貫通孔１０ａの上端には、大径部が設けられており、大径部にベアリング１４−１が収容される。また大径部の底面には段差が設けられており、ベアリング１４−１の外輪１４−１ａの端面が底面に当接し、ベアリング１４−１の内輪１４−１ｂは大径部の底面に当接しないように構成されている。なお、ベアリング１４−１の外輪１４−１ａと内輪１４−１ｂとの間に複数のボール１４−１ｃが配置されており、外輪１４−１ａと内輪１４−１ｂとが互いに回転可能である。

シャフト１２の内輪１４−１ｂに接触する部分には小さな溝が形成されており、この溝に接着剤２２−１が供給される。接着材２２−１はシャフト１２の溝に予め供給されており、シャフト１２にベアリング１４−１が組み付けられた際に接着剤２２−１はシャフト１２と内輪１４−１ｂとの間に広がるように構成されている。また、貫通孔１０ａの大径部の内壁にも溝が形成れており、この溝に接着剤２２−２が供給される。アクチュエータブロック１０の貫通孔１０ａの大径部にベアリング１４−１が組みつけられた際に接着剤２２−２２は大径部の内壁と外輪１４−１ａとの間に広がるように構成されている。なお、大径部の内壁に形成された溝には、ロータリアクチュエータ１０の外面から横孔１０ｂが接続されている。アクチュエータブロック１０の貫通孔１０ａの大径部にベアリング１４−１を収容した後に、横孔１０ｂを通じて接着材２２−２を外部から溝に供給することができる。

なお、下側のベアリング１４−２に関しても、同様に接着剤が供給されて固定さてる。

上述のようにアクチュエータブロック１０の貫通孔１０ａにシャフト１２とベアリング１４−１，１４−２を組み込んで、接着剤２２−１，２２−２を硬化させることで、アクチュエータブロック１０はベアリング１４−１，１４−２を介して回転可能にシャフト１２に支持された状態となる。ここで、接着剤２２−１，２２−２を硬化させる際には、ベアリング１４−１の外輪１４−１ａを貫通孔１０ａの大径部の底面に当接させておく必要がある。したがって、接着剤２２−１，２２−２が硬化するまで、ベアリング１４−１に加圧力を加えておく必要がある。そこで、接着剤２２−１，２２−２が硬化するまでの間、与圧治具２０によりベアリング１４−１の内輪１４−１ｂに圧力を加えることでベアリング１４−１を貫通孔１０ａの大径部の底面に押し付けている。

与圧治具２０は、剛性の高い金属やセラミックス等で形成された薄い円筒状の部材であり、内側の貫通孔１０ａがシャフト１２の外径に嵌合するように構成されている。与圧治具２０は、図４に示すようにベアリング押し面２４ａが形成された凸部２４を下面側に有し、図５に示すように被加圧面２６ａが形成された凸部２６を上面側に有する。

凸部２４はベアリング１４−１の内輪１４−１ｂの端面に沿うように等間隔で配置されている。本実施形態では３個の凸部２４が設けられており、隣接する凸部２４は１２０度の位置関係となる。一方、凸部２６も３箇所に設けられており、隣接する凸部２６は１２０度の位置関係となる。そして、上面側の各凸部２６は、下面側の隣接する凸部２４の中央にとなるように配置されている。

アクチュエータブロック１０の貫通孔１０ａにシャフト１２を挿入し、ベアリング１４−１を貫通孔１０ａの大径部に収容してから、与圧治具２０をシャフト１２に沿ってベアリング１４−１の上に配置すると、図３に示すような状態となる。この状態では３個の凸部２４のベアリング押し面２４ａは、ベアリング１４−１の内輪１４−１ｂの端面に当接している。凸部２４は１２０度間隔で設けられているため、図３では一つの凸部２４のみが断面として現れている。

図３に示す状態で、接着剤２２−１，２２−２が硬化するまでの間、与圧治具２０の凸部２６に等しい押圧力を加える。これにより、ベアリング１４−１の内輪１４−１ｂは等間隔で３箇所が押圧されることとなる。その結果、外輪１４−１ａは貫通孔１０ａの大径部の底面に押し付けられて、ベアリング１４−１は所定の位置に保持される。接着剤２２−１，２２−２の硬化が完了したら、与圧治具２０による加圧を解除し、与圧治具２０をシャフト１２から取り外す。接着剤２２−１，２２−２が硬化することにより、ベアリング１４−１の内輪１４−１ｂはシャフト１２に固定され、且つベアリング１４−１の外輪１４−１ａはアクチュエータブロック１０の貫通孔１０ａの大径部の内面に固定される。したがって、アクチュエータブロック１０はベアリング１４−１（及びベアリング１４−２）を介してシャフト１２に回転可能又は旋回可能に取り付けられる。

以上のように、与圧治具２０の３個の凸部２４によりベアリング１４−１の内輪１４−１ｂの３箇所のみに加圧力を加えることで、ベアリング１４−１内のボール１４−１ｃが接している内輪１４−１ｂの部分を加圧する確率を最小限にすることができる。例えば、従来のように内輪１４−１ｂの端面全面を押圧した場合、内輪１４−１ｂのボール１４−１ｃが接触する部分のすべてに対して加圧力が加わり、回転が滑らかでなくなる部分、すなわち摩擦が大きくなって「ひっかかり」や「ごりごり感」が発生する確率が高くなる。内輪１４−１ｂのボール１４−１ｃが接触する部分に加圧力が加わらずに、隣接するボール１４−１ｃの間の部分で加圧力を加えれば、内輪１４−１ｂはボール１４−１ｃに邪魔されずに僅かに弾性変形することができるため、「ひっかかり」や「ごりごり感」が発生する可能性を低減することができる。ただし、ベアリング１４−１内においてボール１４−１ｃは回転しているので、どの位置あるかは知ることができない。

したがって、内輪１４−１ｂのボール１４−１ｃが接触する部分が加圧される確率をなるべく低くすることにより、「ひっかかり」や「ごりごり感」が発生する可能性を低減することが有効である。すなわち、ベアリング押し面２４ａを有する凸部２４の数を極力減らすことにより、内輪１４−１ｂのボール１４−１ｃが接触する部分が加圧される確率をなるべく低くすることができる。

本実施例では、図６に示すように、凸部２４を等間隔に３個配置している。凸部２４を１個とすると、ベアリング１４−１の内輪１４−１ｂ全体を平面的に加圧することができなくなるため好ましくない。凸部２４を直径方向に２個とした場合、ベアリング１４−１の内輪１４−１ｂに斜めに加圧力が作用するおそれがある。本実施形態のように、凸部２４を等間隔に３個配置することで、内輪１４−１ｂ全体を平面的に加圧することができるようになる。すなわち、凸部２４の数は３個が最小であり、凸部２４の数を極力減らすために、凸部２４の数を３個とすることが最も好ましい。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、凸部２４のベアリング押し面２４ａの幅をボール１４−１ｃの直径と同程度として等間隔に配置した場合、簿ボール１４−１ｃが図６Ａに示す位置であっても、図６Ｂに示す位置であっても、ボール１４−１ｃが接触する部分を加圧する確率は、ベアリング１４−１の内輪１４−１ｂの端面全体を加圧するときに比べて、１／１０となる。すなわち、図６Ａ及び図６Ｂでは、１０個のボール１４−１ｃのうち、１個のみ（黒く塗りつぶしたボールのみ）の接触部分に凸部２４が一致しているが、内輪１４−１ｂの端面全体を加圧する場合は１０個のボール１４−１ｃの全ての接触部分に凸部２４が一致したのと同じとなるため、ボール１４−１ｃの接触部分に凸部２４が一致する確率は１０個中１個、すなわち１／１０となる。

各凸部２４のベアリング押し面２４ａの長さ（すなわち、凸部２４の円周方向の長さ）を大きくすると、図７Ａに示すように、ボール１４−１ｃの接触部分に凸部２４が一致する確率は増大する。図７Ａ及び図７Ｂは、図６Ａ及び図６Ｂにおいて、ベアリング押し面２４ａの幅を２倍にした場合を示す図である。図７Ｂのようになればボール１４−１ｃ１個にのみに凸部２４が一致しているが、図７Ａに示すように与圧治具２０の一が僅かに回転すると（すなわち、凸部２４が回転すると）、ボール１４−１ｃ２個に対して凸部２４が一致してしまう。

以上のように、各ベアリング押し面２４ａの幅は、小さいほうが好ましいが、あまり小さいと、加圧力が集中して単位面積あたり当たりの加圧力が増大し、ベアリング１４−１の内輪１４−１ｂが変形し易くなってしまう。したがって、各ベアリング押し面２４ａの長さは、ボール１４−１ｃの直径以下であって、単位面積当たりの加圧力が大き過ぎないような幅にすることが好ましい。

上述のように、本実施形態では与圧治具２０にベアリング押し面２４ａを３箇所に設けており、加圧面２４ｂもベアリング押し面２４ａの間になるように３箇所に設けている。加圧面２４ｂをベアリング押し面２４ａの間に設けることにより、被加圧面２６ａに加えられた加圧力を分散してベアリング押し面２４ａに伝達することができ、加圧力を均一にすることができる。

また、与圧治具２０の厚みは、厚いほうが変形しないので好ましいが、加圧力が被加圧面２６ａに加えられたときに、撓みが少ないことが好ましい。加圧力の大きさはベアリング１４−１の種類やベアリング１４−１の内部に充填するグリース等により異なるため、一概には言えないが、例えば与圧治具２０ベアリング押し面２４ａの内径がφ５〜φ６ｍｍであって、被加圧面２６ａ全体で２ｋｇｆの加圧力を加える場合、与圧治具２０の撓みが１μｍ以下となるように厚みを決めることが好ましい。この場合、与圧治具２０が金属で形成されていれば、与圧治具２０の厚みは４ｍｍ程度で、撓みが１μｍ以下となる条件を満足する。与圧治具２０の厚みは、与圧治具２０の材料、ベアリング１４−１の種類、ベアリング１４−１に充填するグリースの種類及び量に基づいて決定することが好ましい。

上述の如く、本実施形態によれば、アクチュエータブロック１０にベアリング１４−１，１４−２を介してシャフトを組み込んだ際に、ベアリング１４−１の組み込みに起因して発生する回転体の回転時の摩擦の不均一性を防止することができる。したがって、アクチュエータブロック１０をシャフト１２に対して滑らかに回転させることができ、アクチュエータブロック１０の回転位置の精度を高めることができる。

本発明は、回転体をシャフトの回りで回転可能に支持するベアリングの組み立てに適用可能である。

Claims (9)

1. シャフトと回転体との間にベアリングを組み込むためのベアリングの組み立て方法であって、
   該シャフトと該回転体との間に該ベアリングを組み込むとともに、前記ベアリングの内輪と前記シャフトとの間に第１の接着剤を供給し、且つ前記ベアリングの外輪と前記回転体との間に第２の接着剤を供給し、
   該第１及び第２の接着剤が硬化する前に、前記内輪の端面の複数箇所を部分的に加圧し、
   前記第１及び第２の接着剤が硬化したら加圧を終了する
   ことを特徴とするベアリングの組み立て方法。
2. 請求項１記載のベアリングの組み立て方法であって、
   前記内輪の複数箇所の加圧は、前記内輪の端面に沿って等間隔で配置されたベアリング押し面を有する与圧治具を用いて前記内輪を加圧することにより行うことを特徴とするベアリングの組み立て方法。
3. 請求項２記載のベアリングの組み立て方法であって、
   等間隔で配置された前記ベアリング押し面の中間の部分において前記与圧治具に加圧力を加えることを特徴とするベアリングの組み立て方法。
4. 請求項２記載のベアリングの組み立て方法であって、
   前記内輪の前記端面に沿って等間隔で配置された３つのベアリング押し面を有し、前記ベアリング押し面の前記内輪の前記端面に沿った長さは前記ベアリングの各ボールの直径以下であることを特徴とするベアリングの組み立て方法。
5. 請求項１乃至４のうちいずれか一項記載のベアリングの組み立て方法であって、
   前記回転体は磁気ディスク装置のロータリアクチュエータブロックであり、前記シャフトは該ロータリアクチュエータブロックを貫通して延在するように組み立てられ、前記シャフトの端部において前記ベアリングを配置して前記接着剤により前記ベアリングを固定することを特徴とするベアリングの組み立て方法。
6. ベアリングの組み立て時にベアリングに加圧力を与える与圧治具であって、
   前記ベアリングの端面を複数箇所で部分的に押圧するベアリング押し面を有することを特徴とする与圧治具。
7. 請求項６記載の与圧治具であって、
   前記ベアリング押し面は円周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする与圧治具。
8. 請求項７記載の与圧治具であって、
   隣接する前記ベアリング押し面の中間に、外部から加圧力が印加される被加圧面を有することを特徴とする与圧治具。
9. 請求項６記載の与圧治具であって、
   前記ベアリング押し面は、前記ベアリングの内輪の端面に沿って等間隔で３ヶ所に設けられ、前記内輪の前記端面に沿った前記ベアリング押し面の長さは前記ベアリングの各ボールの直径以下であることを特徴とする与圧治具。

Images