(57)【要約】　　　（修正有）【課題】結合強度が高く、高精度で、コンタミの発生がなく、低コストの塑性流動結合方法を提供すること。【解決手段】回転円盤である結合部材２と回転軸である被結合部材１とを一体に結合して回転する装置に使用される結合部材と被結合部材の結合方法であって、被結合部材１に前記結合部材２を嵌合し、予備結合パンチによって予備塑性結合する第１の工程と、第１の工程で予備塑性結合した後、結合部材２の嵌合部近傍に被結合部材１の軸方向の圧縮力を発生させて、結合部材２の材料の一部を結合部材２と被結合部材１との隙間を埋めるように塑性流動させて被結合部材に塑性結合する第２の工程とからなり、結合部材２と被結合部材１とを締結して一体化する。【選択図】　　　図３
2004122209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転円盤である結合部材と回転軸である被結合部材とを一体に結合して回転する装置に使用される結合部材と被結合部材の結合方法であって、
前記被結合部材に前記結合部材を嵌合し、予備結合パンチによって予備塑性結合する第１の工程と、
前記第１の工程で予備塑性結合した後、前記結合部材の嵌合部近傍に前記被結合部材の軸方向の圧縮力を発生させて、前記結合部材の材料の一部を前記結合部材と前記被結合部材との隙間を埋めるように塑性流動させて被結合部材に塑性結合する第２の工程、
とからなり、前記結合部材と前記被結合部材とを締結して一体化することを特徴とする結合部材と被結合部材の結合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の結合部材と被結合部材の結合方法において、
前記結合部材と被結合部材の嵌合は、隙間ばめであることを特徴とする結合部材と被結合部材の結合方法。
【請求項３】
回転盤である結合部材と回転軸である被結合部材とを一体に結合して回転する装置に使用される結合部材と被結合部材の結合方法であって、前記被結合部材の外径よりも大きい内径を有する結合部材の嵌合孔に前記被結合部材を挿入して位置決めし、
前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍を、該結合部材の材料が塑性変形するに足る応力を生じさせる荷重で加圧して、予備塑性結合を行い、
さらに、前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍を、該結合部材の材料の弾性限度を超える荷重で加圧し、
前記結合部材の前記嵌合部近傍に前記被結合部材の軸方向に圧縮力を発生させて、弾性限度を超えた前記嵌合部の材料の一部を前記被結合部材と前記結合部材との隙間を埋めるように塑性流動させ、
前記結合部材と前記被結合部材とを締結して一体化することを特徴とする結合部材と被結合部材の結合方法。
【請求項４】
請求項１に記載の結合部材と被結合部材の結合方法において、
前記被結合部材の前記結合部材との嵌合部には、環状の溝を形成したことを特徴とする結合部材と被結合部材の結合方法。
【請求項５】
請求項４に記載の結合部材と被結合部材の結合方法において、
前記被結合部材の前記結合部材との嵌合部に形成された環状の溝には、ローレットが形成されているものである結合部材と被結合部材の結合方法。
【請求項６】
回転盤を積層する結合部材と回転軸である被結合部材とを一体に結合して回転する装置に使用される結合部材と被結合部材の結合体であって、
前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍を、該結合部材の材料が塑性変形するに足る応力を生じさせる荷重で加圧して、予備塑性結合し、
さらに、前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍を、該結合部材の材料の弾性限度を超える荷重で加圧し、
前記結合部材の前記嵌合部近傍に前記被結合部材の軸方向に圧縮力を発生させて、弾性限度を超えた前記嵌合部の材料の一部を前記被結合部材と前記結合部材との隙間を埋めるように塑性流動させ、
前記結合部材と前記被結合部材とを締結して一体化することを特徴とする結合部材と被結合部材の結合体。
【請求項７】
請求項６に記載の結合部材と被結合部材の結合体において、前記被結合部材の前記結合部材との嵌合部には、環状の溝を有することを特徴とする結合部材と被結合部材の結合体。
【請求項８】
請求項７に記載の結合部材と被結合部材の結合体において、前記被結合部材の前記結合部材との嵌合部に形成された環状の溝に、ローレットを形成したものである結合部材と被結合部材の結合体。
【請求項９】
回転盤を積層する結合部材と回転軸である被結合部材とを一体に結合して回転する装置に使用される結合部材と被結合部材の結合体であって、
前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍が押圧され、塑性変形された部位の一部であって被結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍をさらに押圧し塑性流動結合されている結合部材と被結合部材の結合体を備えた機械装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２つの部材を塑性流動結合する結合方法および結合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の２部材を嵌合し塑性流動結合する方法は、２部材を隙間ばめ状態で塑性流動結合する方法が採られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、従来の２部材を嵌合し塑性流動結合する方法は、２部材を圧入嵌合し塑性流動結合する方法が採られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１２０７４３号公報（第４頁、第３図、第４図）
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−５４２６８号公報（第２頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載の結合方法においては、２部材を隙間ばめで嵌合した後、塑性流動結合するため、押圧し塑性流動した部位近傍以外は、厳密には隙間になってしまい結合強度、特に曲げに対して比較的弱く、特に薄板部材を押圧し塑性流動させ結合する場合には問題であった。
【０００７】
また、特許文献２に記載の結合方法においては、２部材を圧入嵌合した後、塑性流動結合するため、押圧し塑性流動した部位近傍以外も隙間がなく、結合強度、特に曲げに対しては強いものの、圧入嵌合時に２部材に擦れや、かじりが発生し易く、圧入による曲がりやコンタミが発生する問題があった。また圧入しろの管理のため部品精度が必要でコスト高になっていた。
【０００８】
本発明の目的は、結合強度が高く、高精度で、コンタミの発生がなく、低コストの塑性流動結合方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴の１つは、回転盤である結合部材と回転軸である被結合部材とを一体に結合して回転する装置に使用される結合部材と被結合部材の結合方法であって、
前記被結合部材の外径よりも大きい内径を有する結合部材の嵌合孔に前記被結合部材を挿入して位置決めし、
前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍を、該結合部材の材料が塑性変形するに足る応力を生じさせる荷重で加圧して、予備塑性結合を行い、
さらに、前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍を、該結合部材の材料の弾性限度を超える荷重で加圧し、
前記結合部材の前記嵌合部近傍に前記被結合部材の軸方向に圧縮力を発生させて、弾性限度を超えた前記嵌合部の材料の一部を前記被結合部材と前記結合部材との隙間を埋めるように塑性流動させ、
前記結合部材と前記被結合部材とを締結して一体化するようにしたものである。
【００１０】
本発明の特徴の他の１つは、回転盤を積層する結合部材と回転軸である被結合部材とを一体に結合して回転する装置に使用される結合部材と被結合部材の結合体であって、
前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍を、該結合部材の材料が塑性変形するに足る応力を生じさせる荷重で加圧して、予備塑性結合し、
さらに、前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍を、該結合部材の材料の弾性限度を超える荷重で加圧し、
前記結合部材の前記嵌合部近傍に前記被結合部材の軸方向に圧縮力を発生させて、弾性限度を超えた前記嵌合部の材料の一部を前記被結合部材と前記結合部材との隙間を埋めるように塑性流動させ、
前記結合部材と前記被結合部材とを締結して一体化するようにしたものである。
【００１１】
本発明の特徴のさらに１つは、回転盤を積層する結合部材と回転軸である被結合部材とを一体に結合して回転する装置に使用される結合部材と被結合部材の結合体であって、
前記結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍が押圧され、塑性変形された部位の一部であって被結合部材の前記被結合部材嵌合部近傍をさらに押圧し塑性流動結合されている結合部材と被結合部材の結合体を備えた機械装置である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、例えば、コンピュータ等のディスク装置，ＤＶＤ，ＣＤ−ＲＯＭに用いられるスピンドルモータ、特にノート型パソコンのような携帯用パソコンに搭載される薄型ハードディスクドライブモータで動圧軸受構造のスピンドルモータのシャフトとハブのように２つの部材を塑性流動結合する結合方法および結合体である。本発明に係る２つの部材を塑性流動結合する結合方法および結合体の実施の形態として、ここではハブとシャフトの結合体を用いたハードディスク装置の動圧軸受スピンドルモータを例にとって説明する。
【００１３】
図１には、ハードディスク装置の全体図、図２には、図１に図示のハードディスク装置の断面図が示されている。
図１、図２において、２００は、ハードディスク装置（ＨＤＤ）で、このハードディスク装置（ＨＤＤ）２００で、この動圧軸受スピンドルモータ１００が設けられており、この動圧軸受スピンドルモータ１００によって回転駆動するハードディスクに読取装置３００によって読み込むように構成されている。
【００１４】
図３は、本発明によるハブとシャフトの結合体を用いたハードディスク装置の動圧軸受スピンドルモータの一実施の形態を示したものである。
【００１５】
図３において、シャフト１はハブ２と本発明に係る結合方法により一体化され、ハブ２にはマグネット１３が固着されている。ハブ２のフランジ２４には、記憶媒体である複数のディスク３がディスクスペーサ４を挟んで積層され、ネジ６でシャフト１のめねじ３２に締結されるクランプ５により固定されている。シャフト１はハウジング７に固定された動圧軸受メタル８の内径に回転可能に嵌合され、回転によりハウジング内に充填された磁性流体で生じる動圧効果によりラジアル動圧軸受を構成する。ハウジング７はベース１１に固着されている。スラスト受け板１０は動圧軸受メタル８との間にストッパリング１２を挟み込んでハウジング７に接合され、シャフト１の球状端部４０をスラスト受け面４１で支持しスラスト軸受を構成している。またシャフト１はストッパ溝４２に嵌合したストッパリング１２によりスラスト方向の浮き上がりを抑制されている。巻線されたステータコア１４はベース１１に接着剤により固着され、通電するとマグネット１３が回転力を受け、ハブ２を回転させる。
【００１６】
次にハブ２とシャフト１について説明する。
結合体であるハブ２の材質は塑性変形し易く、被結合体であるシャフト１よりも変形抵抗が小さいことが望ましく、耐食性とモータとしての磁気特性を考慮してフェライト系ステンレス鋼たとえばＳＵＳ４３０からなる。シャフト１は、円柱状に形成され、軸受性能を考慮して耐摩耗性、耐食性に優れたマルテンサイト系ステンレス鋼、たとえば、ＳＵＳ４４０ＣやＳＵＳ４２０Ｊ２からなり焼入れ処理されている。このシャフト１の一端近傍の被結合外径部には、環状の溝３１が設けられている。溝形状の詳細については後述する。
【００１７】
図４は、本発明によるハブとシャフトの結合体の一実施例を示したものである。
図４において、シャフト１の一端近傍の被結合外径部に環状の溝３１が形成されたシャフト１は、図６に示す如きシャフト１の外径より大きな径のハブ２の結合穴２１に以下に示すような方法で塑性結合されている。このシャフト１とハブ２の結合は、図５に示されるシャフト１を、図６に示すハブ２に隙間ばめ嵌合し、予備塑性結合する第１の工程と、塑性流動結合する第２の工程とを用いて行う。
【００１８】
そこで、まず、予備塑性結合する第１の工程について説明する。
ハブ２の底面２３を図７に示す如くコマ６３で保持し、ハブ２の外径２５をガイドリング６１の内径６２で保持し、しかる後、ハブ２の結合穴２１に、シャフト１の被結合外径部に環状の溝３１が形成されている側の端部３４を挿入嵌合する。
【００１９】
このハブ２の結合穴２１にシャフト１の端部３４を挿入したときのシャフト１とハブ２の嵌合部の隙間、すなわち、ハブ２の結合穴２１の壁面とシャフト１の外周面との隙間は、０〜０．０２ｍｍの微小隙間に設定することが結合精度を得る上で望ましい。本実施の形態においては、シャフト１の外径が３．００ｍｍと設定してあるのに対し、ハブ２の結合穴２１の内径を３．０１ｍｍに設定してある。
【００２０】
このようにハブ２の底面２３をコマ６３で保持し、ハブ２の結合穴２１にシャフト１の端部３４を挿入嵌合すると、ガイドリング６１の内径６５に予備結合パンチ６０を嵌合し、該予備結合パンチ６０の略中心に形成されるガイド穴６４にシャフト１を嵌合してシャフト１を保持する。このガイドリング６１の内径６５にガイドされた予備結合パンチ６０のガイド穴６４によってシャフト１を保持すると、図示しないプレスラムにより予備結合パンチ６０を打ち込む。このプレスラムによって予備結合パンチ６０を打ち込むと、この予備結合パンチ６０の先端に設けられた突起幅Ｋのリング状の突起６６がハブ２の端面２２の結合穴２１の近傍を押圧する。
【００２１】
この予備結合パンチ６０の押圧力は、ハブ２を形成している材料が塑性変形するに足る応力を生じさせる荷重で出来るだけ鉛直に、かつシャフト１とハブ２の嵌合隙間を埋める程度の深さ塑性変形させる力である。このような荷重で予備結合パンチ６０を押圧し、ハブ２の結合穴２１の近傍の材料を塑性流動させ予備結合する。このように予備塑性結合された後の結合部は、図８の拡大縦断面図に示す如くなっている。
【００２２】
次に塑性流動結合する第２の工程について説明する。
図９に示される第１の工程において、予備塑性結合したシャフト１とハブ２の予備結合体８０は、ハブ２の底面２３がコマ６３で保持され、ハブ２の外径２５がガイドリング６１の内径６２で保持され、シャフト１がガイドリング６１の内径６５にガイドされたパンチ７０のガイド穴７４で保持される。このような状態で、図示しないプレスラムによりパンチ７０を打ち込む。このプレスラムによってパンチ７０を打ち込むと、このパンチ７０の先端に設けられた予備結合パンチ６０の予備結合突起６６の突起幅Ｗよりも小さな突起幅Ｗのリング状の結合突起７６がハブ２に第１の工程で形成された予備結合痕７１の底面７２の結合穴２１の近傍を押圧する。
【００２３】
このパンチ７０の押圧力は、ハブ２を形成している材料が塑性変形するに足る応力を生じさせる荷重で出来るだけの圧力である。このような荷重でパンチ７０を押圧し、ハブ２の結合穴２１の近傍の材料を全周溝３１に塑性流動させ結合する。このように塑性流動結合された後の結合部は、図１０の拡大縦断面図に示す如くなっている。
【００２４】
また、高い結合精度を得るためには、予備結合パンチ６０のガイド穴６４、パンチ７０のガイド穴７４と、シャフト１の外周面との隙間は小さい程よい。さらに、予備結合パンチ６０の予備結合突起６６による突起幅Ｋと押圧深さＪは大きすぎると塑性変形させるための荷重が大きくなり、ハブ２の精度を悪化させてしまう。
【００２５】
また、パンチ７０の結合突起７６による突起幅Ｗと押圧深さＨも大きすぎると塑性変形させるための荷重が大きくなり、溝内に流動する以上の材料を流動させることになり結合精度を悪化させるため、溝形状に合せて設定する。
【００２６】
次に、シャフト１の溝３１の形状について説明する。
図１１には、シャフト１の溝３１の部分の一例が示されている。このシャフト１の溝３１の断面形状を決定する要素は、溝深さＨ、溝幅Ｂ、溝角度θ、溝数ｎ等である。
【００２７】
シャフト１の溝３１の溝深さＨは、浅すぎると軸方向に外力が作用した時、容易に塑性変形してしまうため充分なせん断強度が得られない。また、このシャフト１の溝３１の溝深さＨは、深すぎると溝内への材料の流入が不十分となり、空隙部を生じるため強度が低下する。また、シャフト１の下部には、図７に示す如く、クランプ５をねじ込むネジ穴６７が設けられており、このネジ穴６７が形成されたネジ穴６７を形成するシャフト１の内壁面には、めねじ３２が設けられいる。したがって、シャフト１の下部のハブ２の結合部付近の肉厚は、薄くなっている。このため、図１１に図示のシャフト１の溝３１の溝深さＨを深くするとシャフト１の強度が低下するため、シャフト１の溝３１の溝深さＨは、０．０７〜０．１３ｍｍ程度が望ましい。
【００２８】
シャフト１の溝３１の溝幅Ｂは、結合部に必要とされるせん断強度に応じて変えればよいがあまり幅を大きくすると、ハブ２と結合する際、パンチ７０の先端からシャフト１の溝３１の下部までの距離が長くなり、シャフト１の溝３１内に流入すべきハブ２の結合穴２１の近傍の材料の流動摩擦損失が大きくなる。したがって、パンチ７０で大きな荷重をハブ２に加えてもシャフト１の下部付近におけるハブ２の結合穴２１の近傍の材料の内部応力は、塑性変形するに足りる程度に高まらない。このため、シャフト１の下部付近におけるハブ２の結合穴２１の近傍の材料の塑性変形量が少なくなり、シャフト１の溝３１の内部へのハブ２の結合穴２１の近傍の材料の流入が充分でない。このように、図１１に図示のシャフト１の溝３１の溝深さＨを深くするとシャフト１の強度が低下するため、シャフト１の溝３１の溝深さＨは、０．０７〜０．１３ｍｍ程度が望ましい。
【００２９】
また、図１１に図示の如く、シャフト１の溝３１の開き具合（角度）を示す溝角度θは、シャフト１の溝３１の開き角度θが小さいと、パンチ７０で大きな荷重をハブ２に加えた際にハブ２の結合穴２１の近傍の材料がシャフト１の溝３１の内部へ流れ難い。また、シャフト１の溝３１の開き角度θが大きいと、パンチ７０で大きな荷重をハブ２に加えた際にハブ２の結合穴２１の近傍の材料の食い込みが浅くなり抜き強度が弱くなる。このように、図１１に図示のシャフト１の溝３１の溝角度θを小さくするとシャフト１の溝３１の内部へ流れ難く、シャフト１の溝３１の溝角度θを大きくすると抜き強度が弱くなるため、シャフト１の溝３１の溝角度θは、角度θは６０゜〜１２０゜程度が望ましい。
【００３０】
さらに、シャフト１の溝３１の溝の数ｎは、多いほどシャフト１とハブ２の接触面積が大きくなるため抜き強度が高い。しかし、シャフト１の溝３１の溝の数ｎを多くすると、パンチ７０で大きな荷重をハブ２に加えた際のハブ２の結合穴２１の近傍の材料のシャフト１の溝３１の内部への流入が悪化する。このため、シャフト１の溝３１の溝の数ｎを多くし過ぎると、かえって抜き強度は低下する。したがって、シャフト１の溝３１の溝の数ｎは、ｎ＝２の時が最も抜き強度が高い。これは溝幅Ｂが同一で溝数ｎ＝１とｎ＝２の場合を比較すると、ｎ＝２の方がシャフトとハブの接触面積が大きいため抜き強度が高い。
【００３１】
なお、シャフト１の溝３１の断面形状は図１１に示す如き三角形状である必要はなく、図１２に示す如く、Ｒ形状でもよい。また、シャフト１の下部のハブ２との結合部に高いトルク強度が必要な場合は、図１３に示すようにシャフト１の溝３１間の山にローレット３６を設けるとよい。
【００３２】
さらに、シャフト１の溝３１は、シャフト１の全周に亘って形成されているとパンチ７０で大きな荷重をハブ２に加えた際のハブ２の結合穴２１の近傍の材料が全周に均等に塑性流動し、緊迫力も全周均等に作用するので直角精度，強度共に向上できる。また、シャフト１の溝３１は、旋盤加工によって成形できるため生産性も高い。
【００３３】
また、シャフト１の溝３１の位置は、できるだけハブ２の押圧面２４に近くなる様に設定した方がよく、離れると流動摩擦抵抗が大きくなり、シャフト１の溝３１の溝の内部にハブ２の結合穴２１の近傍の材料が流入しずらくなる。
【００３４】
したがって、本実施の形態によれば、図１４に示すようにシャフト１の外周に環状の溝３１を有したシャフト１の外径部をハブ２の結合穴２１に隙間嵌合し、パンチ７０で大きな荷重をハブ２加え、ハブ２の端面の穴近傍を全周に亘って塑性変形させ、シャフト１とハブ２の結合穴２１とに隙間を埋めるように予備塑性結合し、ハブ２の結合穴２１に応力σが作用している状態で、ハブ２の予備塑性結合後の端面の結合穴２１の近傍の材料を全周に亘って塑性変形させ、シャフト１の溝３１を埋めるように、シャフト１に圧縮応力を与え、ハブ２の結合穴２１の近傍の材料が塑性流動することにより、図１５に示す如く、ハブ２の結合穴２１の近傍の材料の剪断力と緊迫力Ｐ、さらに押圧部から離れ緊迫力が作用し難い部分には、予備塑性結合による応力σが作用しているためハブ２とシャフト１との結合強度が高い。
【００３５】
なお、本発明は、以上述べた実施の形態に留まらず、軸、円筒等と平板など、その他各種金属部材間の結合に適用できる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、薄肉のハブと小径のシャフトの結合でも曲がりやコンタミの発生がなく十分な強度と精度を得ることができる。
【００３７】
また、結合前の嵌合精度が圧入に比較してラフでよく安価な設備で生産性が高く、製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用されるハードディスク装置の全体図である。
【図２】図１に図示のハードディスク装置の断面図である。
【図３】ハブとシャフトの結合体を用いたハードディスク装置の動圧軸受スピンドルモータの縦断面図である。
【図４】ハブとシャフトの結合体の縦断面図である。
【図５】シャフトの図である
【図６】ハブの縦断面図である。
【図７】予備塑性結合工程の金型の縦断面図である。
【図８】予備塑性結合完了後のシャフトとハブの結合部の拡大縦断面図である。
【図９】塑性流動結合工程の金型の縦断面図である。
【図１０】塑性流動結合完了後のシャフトとハブの結合部の拡大縦断面図である。
【図１１】シャフトの溝部の拡大縦断面図である。
【図１２】シャフトのＲ形状溝部の拡大縦断面図である。
【図１３】シャフトのローレットのある溝部の拡大図である。
【図１４】予備塑性結合完了後の応力を示すシャフトとハブの結合部の拡大縦断面図である。
【図１５】塑性結合完了後の応力を示すシャフトとハブの結合部の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１……………………シャフト
２……………………ハブ
３……………………ディスク
１２…………………円筒部
２１…………………結合穴
３１…………………溝
６０…………………予備結合パンチ
６６…………………予備結合突起
７１…………………予備結合痕
７０…………………パンチ
７６…………………結合突起
８０…………………予備結合体
２００………………ハードディスク装置
【図１】
2004122209.tif 000003
【図２】
2004122209.tif 000004
【図３】
2004122209.tif 000005
【図４】
2004122209.tif 000006
【図５】
2004122209.tif 000007
【図６】
2004122209.tif 000008
【図７】
2004122209.tif 000009
【図８】
2004122209.tif 000010
【図９】
2004122209.tif 000011
【図１０】
2004122209.tif 000012
【図１１】
2004122209.tif 000013
【図１２】
2004122209.tif 000014
【図１３】
2004122209.tif 000015
【図１４】
2004122209.tif 000016
【図１５】
2004122209.tif 000017