(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の周面を有する第１の部材と、該第１の部材の外側に同心に配置され第１の周面と対向する第２の周面を有する第２の部材と、前記第１の周面に形成された第１の軌道と、前記第２の周面の一部で前記第１の軌道と対向する部分に形成された第２の軌道と、該第２の軌道から軸方向にずれた部分で前記第２の周面に形成された第３の軌道と、十分な嵌合強度を持って前記第１、第２の部材と同心に支持され前記第２の周面と対向する第３の周面を有する第３の部材と、該第３の周面の一部で前記第３の軌道に対向する部分に形成された第４の軌道と、前記第１の軌道と第２の軌道との間、及び前記第３の軌道と第４の軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた玉とを備えた転がり軸受装置に対し、
前記第１の部材に対する前記第３の部材の嵌合深さを調節して前記複数個ずつの玉に適正な予圧を付与するために、前記第３の部材及びこの第３の部材を軸方向に押し動かす送り部材に対して直列に、前記軸方向の力に対して十分な剛性を有する圧電素子を配置し、この圧電素子への通電に基づいて前記転がり軸受装置の構成各部品を振動させると共に、この転がり軸受装置の共振周波数を測定しつつ、第３の部材を前記送り部材により第１の部材に圧入嵌合し、前記共振周波数が予め設定した周波数に一致した状態で、前記第３の部材に圧入作業を終了させる転がり軸受装置の予圧設定方法であって、
前記送り部材からの前記軸方向の荷重を検出して、この荷重の変化分が予め設定した値以下になったときに、前記送り部材の送り速度を減速するように切り換えることを特徴とする転がり軸受装置の予圧設定方法。
【請求項２】
前記送り速度の切り替えは、圧入荷重を時間微分して圧入荷重の変化分を求め、この圧入荷重の変化分が前記予め設定した値以下になるかを監視して、前記設定値以下になったときに行われることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置の予圧設定方法。
【請求項３】
前記予め設定した周波数は、ある圧入荷重Ｆが負荷されたときの前記転がり軸受装置の共振周波数ｆMと、補正係数ｋｃとから、荷重によらない真の共振周波数ｆaをｆa＝ｆM−Ｆ×ｋｃの関係式より求め、得られた真の共振周波数ｆaから軸受の質量をｍとして軸受の剛性Ｋをｆ＝（１／２π）・√（Ｋ／ｍ）の関係式より求め、さらに、設定しようとする予圧量Ｆa、軸受の剛性Ｋ、軸受の接触角αとから、Ｆa＝α・ｆ（Ｋ）の関係式によって設定しようとする予圧量Ｆaに対して求められる共振周波数であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受装置の予圧設定方法。
【請求項４】
前記圧電素子は、０〜１０ｋＨｚとなるように掃引されたスイープトサイン波を印加することで振動することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受装置の予圧設定方法。
【請求項５】
第１の周面を有する第１の部材と、該第１の部材の外側に同心に配置され第１の周面と対向する第２の周面を有する第２の部材と、前記第１の周面に形成された第１の軌道と、前記第２の周面の一部で前記第１の軌道と対向する部分に形成された第２の軌道と、該第２の軌道から軸方向にずれた部分で前記第２の周面に形成された第３の軌道と、十分な嵌合強度を持って前記第１、第２の部材と同心に支持され前記第２の周面と対向する第３の周面を有する第３の部材と、該第３の周面の一部で前記第３の軌道に対向する部分に形成された第４の軌道と、前記第１の軌道と第２の軌道との間、及び前記第３の軌道と第４の軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた玉とを備えた転がり軸受装置に対し、前記第１の部材に対する前記第３の部材の嵌合深さを調節して前記複数個ずつの玉に適正な予圧を付与する、転がり軸受装置の予圧設定装置であって、
前記第３の部材を前記第１の部材に圧入嵌合させるため、前記第３の部材を軸方向に押し出す送り部材と、
該送り部材の軸方向の荷重を検出するロードセルと、
前記第３の部材及び前記送り部材に対して直列に配置されると共に、前記軸方向の力に対して十分な剛性を有し、通電に基づいて前記転がり軸受装置の構成各部品を振動させる圧電素子と、
該圧電素子によって振動する前記転がり軸受装置の共振周波数を測定する振動センサと、
前記ロードセルによって検出される前記軸方向の荷重の変化分が予め設定した値以下になったとき、前記送り部材の送り速度を減速するように切り換え、且つ、前記振動センサによって測定される前記共振周波数が予め設定した周波数に一致した状態で、前記送り部材による前記第３の部材の圧入作業を終了させる制御部と、
を備えたことを特徴とする転がり軸受装置の予圧設定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばビデオテープレコーダー（ＶＴＲ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）等のスピンドルモータ、ロータリアクチュエータ、ロータリエンコーダ等の各種精密回転部分に組込まれる転がり軸受装置の予圧設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＶＴＲ、ＨＤＤ、ＬＢＰ等に用いられるスピンドルモータ、ロータリアクチュエータ、ロータリエンコーダ等の精密回転部分に組込まれる転がり軸受は、振れ回り運動及び軸方向の振れを防止する為、極めて高精度に製造されたものでなければならない。このため、スピンドルを支承する転がり軸受は、アキシャル方向に予圧を付与した状態で使用される。この予圧を与えることにより、軸受の剛性が高く保たれ、軸の振れ精度が向上し、高速回転時におけるボールの滑りが防止される。
このように、ＶＴＲ、ＨＤＤ、ＬＢＰ等のスピンドルを支承する転がり軸受は、回転軸に互いに独立した一対の転がり軸受に予圧を付与する必要がある。なお、軸受に予圧を付与する方法としては、定圧予圧、定位置予圧が挙げられる。
【０００３】
予圧を付与する転がり軸受の構成としては、例えば、図８（ａ）に示すように、回転軸に互いに独立した一対の転がり軸受を圧入又は接着により組込んだもの、図８（ｂ）に示すように、外輪に２列の軌道溝を有し、分割した内輪を軸方向に移動可能に圧入又は接着することで予圧を付与した転がり軸受を用いたもの、或いは、図８（ｃ）に示すように、内輪、外輪共に２列の軌道輪を有し、その軌道溝のピッチ寸法を変えることで組立時に予圧が加わるようにしたものがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記いずれの構成による予圧設定方法であっても、転がり軸受の組立後は、その予圧量が各部材の位置寸法によって異なるため、精度良く予圧量を設定することが困難となる。特に定位置予圧の場合には、正確に予圧量を設定することが困難であった。
【０００５】
また、特開平６−２２１３２６号公報に記載の予圧が付与された転がり軸受の構造では、スピンドルを支承する転がり軸受の予圧を正確に設定できるが、生産ラインで予圧設定作業する場合に、作業時間を短縮することが要望されていた。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、転がり軸受装置に予圧量を設定する際に、予圧量を正確に且つ短時間で設定することができる転がり軸受装置の予圧設定方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る転がり軸受装置の予圧設定方法は、第１の周面を有する第１の部材と、該第１の部材の外側に同心に配置され第１の周面と対向する第２の周面を有する第２の部材と、前記第１の周面に形成された第１の軌道と、前記第２の周面の一部で前記第１の軌道と対向する部分に形成された第２の軌道と、該第２の軌道から軸方向にずれた部分で前記第２の周面に形成された第３の軌道と、十分な嵌合強度を持って前記第１、第２の部材と同心に支持され前記第２の周面と対向する第３の周面を有する第３の部材と、該第３の周面の一部で前記第３の軌道に対向する部分に形成された第４の軌道と、前記第１の軌道と第２の軌道との間、及び前記第３の軌道と第４の軌道との間に、それぞれ複数個ずつ設けられた玉とを備えた転がり軸受装置に対し、前記第１の部材に対する前記第３の部材の嵌合深さを調節して前記複数個ずつの玉に適正な予圧を付与するために、前記第３の部材及びこの第３の部材を軸方向に押し動かす送り部材に対して直列に、前記軸方向の力に対して十分な剛性を有する圧電素子を配置し、この圧電素子への通電に基づいて前記転がり軸受装置の構成各部品を振動させると共に、この転がり軸受装置の共振周波数を測定しつつ、第３の部材を前記送り部材により第１の部材に圧入嵌合し、前記共振周波数が予め設定した周波数に一致した状態で、前記第３の部材に圧入作業を終了させる転がり軸受装置の予圧設定方法であって、前記送り部材からの前記軸方向の荷重を検出して、この荷重の変化分が予め設定した値以下になったときに、前記送り部材の送り速度を減速するように切り替えることを特徴とする。
【０００８】
本発明の転がり軸受装置の予圧設定方法では、転がり軸受装置の第３の部材への圧入荷重の変化分を検出することにより、第３の部材が動き出すタイミングがつかめ、この第３の部材が動き出す前は、送り部材による送り速度を高速に設定し、第３の部材が動き出した後では送り速度を低速に切り替える。これにより、転がり軸受装置とこれを固定する部材との間のギャップ、送り部材や圧電素子などの歪、転がり軸受装置毎の締め代の差による圧入荷重の変動等による、送り量の増大をいち早く吸収して、短時間で予圧設定を行なうことができる。また、予圧設定時には低速で送り動作がなされるため、第１の部材と第３の部材との間の軸方向隙間が極めて小さくても、検出した共振周波数が予め設定した共振周波数と一致したときに直ちに送り動作を停止させることができる。このため、予圧量を正確に設定することが可能となる。
【０００９】
前記送り速度の切り替えは、圧入荷重を時間微分して圧入荷重の変化分を求め、この圧入荷重の変化分が予め設定した値以下になるかを監視して、設定値以下になったときに行なうことができる。なお、圧入荷重が最初に減少したときに送り速度の切り替えを行ってもよい。
【００１０】
また、設定しようとする予圧量Ｆaは、ある圧入荷重Ｆが負荷されたときの転がり軸受装置の共振周波数ｆMと、補正係数ｋｃとから、荷重によらない真の共振周波数ｆaをｆa＝ｆM−Ｆ×ｋｃの関係式より求め、得られた真の共振周波数ｆａから軸受の質量をｍとして軸受の剛性Ｋをｆ＝（１／２π）・√（Ｋ／ｍ）の関係式より求め、さらに、設定しようとする予圧量Ｆa、軸受の剛性Ｋ、軸受の接触角αとから、Ｆa＝α・ｆ（Ｋ）の関係式によって設定しようとする予圧量Ｆaに対する共振周波数ｆを求め、この共振周波数ｆを仕上共振周波数として転がり軸受装置への荷重を調整することにより設定できる。
さらに、圧電素子は、０〜１０ｋＨｚとなるように掃引されたスイープトサイン波を印加することで振動することができる。
また、本発明の転がり軸受の予圧設定装置は、前記第３の部材を前記第１の部材に圧入嵌合させるため、前記第３の部材を軸方向に押し出す送り部材と、該送り部材の軸方向の荷重を検出するロードセルと、前記第３の部材及び前記送り部材に対して直列に配置されると共に、前記軸方向の力に対して十分な剛性を有し、通電に基づいて前記転がり軸受装置の構成各部品を振動させる圧電素子と、該圧電素子によって振動する前記転がり軸受装置の共振周波数を測定する振動センサと、前記ロードセルによって検出される前記軸方向の荷重の変化分が予め設定された値以下になったとき、前記送り部材の送り速度を減速するように切り換え、且つ、前記振動センサによって測定される前記共振周波数が予め設定した周波数に一致した状態で、前記送り部材による前記第３の部材の圧入作業を終了させる制御部と、を備えることを特徴とし、短時間で正確な予圧設定が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る転がり軸受装置の予圧設定方法の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る転がり軸受装置の予圧設定方法を用いた予圧量設定装置の全体構成の一例を、図２は同装置の制御部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態の予圧量設定装置１００は、主に、円筒状のハウジング１１の内周面とスリーブ１２の外周面との間に、予圧の設定対象となる一対の転がり軸受１４、１５が外輪間座１８を挟んで設けられた転がり軸受装置２０を、側面から挟み込んでスリーブ１２を圧入する本体１０と、該本体１０に接続され本体１０との入出力データを一括制御する制御部３０とから構成されている。
ここで、スリーブ１２と転がり軸受１４の内輪１４ａが第１の部材、ハウジング１１と転がり軸受１４、１５の外輪１４ｂ、１５ｂが第２の部材、転がり軸受１５の内輪１５ａが第３の部材に相当し、転がり軸受１４の内輪軌道面が第１の軌道、同軸受１４の外輪軌道面が第２の軌道、転がり軸受１５の外輪軌道面が第３の軌道、同軸受１５の内輪軌道面が第４の軌道に相当する。
本実施形態においては、第１〜第４の軌道を転がり軸受により構成しているが、ハウジング１１、スリーブ１２等に直接各軌道を形成した構成であってもよい。
【００１３】
予圧量設定装置１００の本体１０は、その下部から順に、固定面に設置されたロードセル２１と、ロードセル２１上に固定され圧電素子からなる下部加振装置２２と、下部加振装置２２上に固定され転がり軸受１５の内輪１５ａ端面に円筒突起部２３ａを当接させて転がり軸受装置２０を支承する予圧設定治具２３と、転がり軸受装置２０のスリーブ１２の端部（図１の上側）に離反可能に接続され圧電素子からなる上部加振装置２５と、上部加振装置２５の上方に設けられ上部加振装置２５を転がり軸受装置２０の軸方向に移動させる、例えばボールネジ−ナット等からなる微動送り装置（送り部材）２７とを備えて構成される。また、本体１０は、転がり軸受装置２０の例えばハウジング１１の端面に測定子２９ａを当接して固設された振動センサ２９を備えている。
そして、上記ロードセル２１，下部加振装置２２，上部加振装置２５、微動送り装置２７、及び振動センサ２９は、制御部３０に接続されて各種のデータ入出力がなされる。
【００１４】
ロードセル２１は、転がり軸受装置２０の軸方向に負荷される荷重をリアルタイムで検出するもので、図２に示すように、ロードセル２１からの出力信号は、ロードセルアンプ３１により増幅され、ＡＤ変換器３２を介して中央演算装置（ＣＰＵ）３３に順次転送される。
【００１５】
下部加振装置２２及び上部加振装置２５は、圧電素子からなり、転がり軸受装置２０を軸方向に加振するもので、中央演算装置３３からの指令によるスィープトサイン発振器３４の発振信号をパワーアンプ３５により増幅した後に、この増幅信号を入力することで転がり軸受装置２０を加振駆動する。なお、入力される発振信号としては、例えば０〜１０ｋＨｚ程度となるように掃引されたスイープトサイン波が好適に用いられる。
【００１６】
これらの加振装置２２、２５は転がり軸受装置２０の軸方向に十分な剛性を有している。また、これらの加振装置２２、２５は、逆位相で、且つ同一の振幅で駆動されている。即ち、一方の加振装置が伸長しているときに、他方の加振装置が同じ量だけ収縮するようにしている。これにより、両加振装置２２、２５によって転がり軸受装置２０が軸方向に圧縮されることを防止して、転がり軸受装置２０を確実に軸方向に振動させることができる。
【００１７】
微動送り装置２７は、例えばサーボモータ２６を駆動源としてボールネジ−ナットを回転駆動して得られる直進動を用い、上部加振装置２５を軸方向に昇降させる。上部加振装置２５が転がり軸受装置２０のスリーブ１２の端面に当接する位置まで下降した後、微動送り装置２７はさらに転がり軸受装置２０を押圧する。これにより、転がり軸受装置２０の転がり軸受１４，１５が互いに接近する方向に圧縮され、予圧が転がり軸受１４，１５に負荷される。図２に示すように、微動送り装置２７のサーボモータ２６の回転制御は、ＣＰＵ３３からの指令により動作するサーボモータコントロールドライバ３６を介してなされる。
【００１８】
振動センサ２９は、転がり軸受装置２０の共振周波数を検出するためのもので、例えばムービングマグネット型のセンサを用いることができる。この振動センサ２９は、振動を検知する測定子２９ａと、インピーダンスを高くすることで電圧の昇圧がなされて増幅効果を生じるマッチングトランス２９ｂとからなる。
マッチングトランス２９ｂからの検出信号は、アンチエリアシングフィルタ３７に入力されて高周波成分（例えば１５ｋＨｚ以上）が除去される。このアンチエリアシングフィルタ３７は、高域の折り返し周波数を除去して低域の離散周波数を選択する効果があり、一種のローパスフィルタとして機能する。さらにこの信号は、アンプ３８及びＡ／Ｄ変換器３９を介してＣＰＵ３３に転送される。
【００１９】
ＣＰＵ３３は、図示しない補助記憶装置等から後述する計算手法によるプログラムを取込んで前記各機器を制御すると共に、各機器から得られたデータを取込んで転がり軸受装置２０の予圧量を演算するものである。具体的には、付属するキーボード４０による入力操作により各種設定がなされ、インターフェースを介してサーボモータ２６、加振装置２２、２５を駆動しつつ、これによる荷重変化データ、振動データを順次取入れて各種処理及び演算を実行し、その結果をディスプレイ４１に表示する。
【００２０】
次に、上記予圧量設定装置１００により転がり軸受装置２０の予圧を設定する手順を図３のフローチャートに基づいて説明する。
まず、図１に示すように、転がり軸受装置２０を予圧設定治具２３と待機位置にある上部加振装置２５との間にセットした後、制御部３０及び前記各機器に電源を投入して立ち上げ、キーボード４０の操作等によって、プログラムをスタートする。するとＣＰＵ３３は、微動送り装置２７のサーボモータ２６を起動し、待機位置にある上部加振装置２５を高速モードで、即ち、高速度で下降させる（ステップ１：以降、Ｓ１と記す）。すると、予圧設定治具２３が転がり軸受装置２０の転がり軸受１５の内輪１５ａを軸方向に押圧して、軸受の圧入が開始される。このとき転がり軸受装置２０に負荷される圧入荷重は、ロードセル２１によって逐次検出される（Ｓ２）。
【００２１】
ロードセル２１からの出力信号は、図２に示すように制御部３０のＣＰＵ３３に転送され、制御部３０は圧入開始から常に圧入荷重の変化分（荷重の時間微分値）を検出し、転がり軸受１５の内輪１５ａが軸方向に動き始めるときまで監視を続ける。
つまり、ＣＰＵ３３は、ロードセル２１により微動送り装置２７からの圧入荷重をリアルタイムで検出し、（１）式により得られる圧入荷重の変化分Ｘが予め設定した値以下になるかを微動送り装置２７を高速モードで下降制御しながら監視する（Ｓ３）。
【００２２】
Ｘ＝ｄＰ／ｄｔ      （１）
ここで、Ｘは圧入荷重の変化分を表す荷重の時間微分値、Ｐは圧入荷重、ｔは時間である。
【００２３】
図４に、このときの転がり軸受装置２０の転がり軸受１５の内輪１５ａに負荷される荷重変化の様子を示した。図４に示すように、高速モードで下降制御される上部加振装置２５からの押圧力によって、軸受１５の内輪１５ａに荷重が徐々に負荷される。この荷重は、内輪１５ａが初期状態の位置で静止した状態（静摩擦状態）から軸方向に動き出す状態（動摩擦状態）に変移したとき、下降動作に伴う荷重の変化が殆どなくなる。即ち、Ｘ＝ｄＰ／ｄｔ≒０となる。
【００２４】
この荷重の変化が殆どなくなったとき、即ち、内輪１５ａが動き始め、圧入荷重Ｐの変化分Ｘが予め設定した値以下になったとき、ＣＰＵ３３は、微動送り装置２７に高速モードから低速モードへの切り替え信号を出力する。すると、微動送り装置２７は、高速モードから低速モードに切り替えられて下降制御される（Ｓ４）。
【００２５】
実際の予圧量設定装置では、転がり軸受装置２０の軸方向に押圧される内輪１５ａと、この内輪１５ａを圧入するための駆動機構との間にはギャップ（隙間）が存在する。また、圧入するときの圧入力は、軸精度と内輪精度に応じて変化する締め代によって変動する。圧入力が増すと、サーボモータ２６による送り量は、圧入軸自体の歪みや、治具の歪みによってサーボモータ側の治具と内輪１５ａとのギャップ以上に増える。従って、内輪１５ａを動かすサーボモータは、内輪１５ａが動き出すまでは高速で送り、内輪１５ａが動き出した後は低速で送ることが望ましい。
【００２６】
そして、微動送り装置２７に出力される切り替え信号をトリガー信号として、加振装置２２、２５にスイープトサイン波を印加することで、加振装置２２、２５から振動を発生させ、転がり軸受装置２０に振動を付与する（Ｓ５）。この加振装置２２、２５から振動により、転がり軸受装置２０自体の振動を検出し、検出された振動データから共振周波数ｆMを求める（Ｓ６）。
【００２７】
具体的には、加振された転がり軸受装置２０に当接する振動センサ２９からの信号をアンチエリアシングフィルタ３７により高周波成分を除去した後、アンプ３８により増幅し、さらにＡ／Ｄ変換器３９によりサンプリングする。これにより、例えば1024個のデジタルデータを生成する。このデジタルデータに対してＦＦＴ処理を行い、パワースペクトルを求め、このパワースペクトルの最大強度の周波数成分を共振周波数ｆMとする。
【００２８】
一般に、振動を受けた状態における転がり軸受に作用する共振周波数ｆは、（２）式のように表される。
【００２９】
【数１】
0003944680.tif 000002
【００３０】
ここで、ｍは軸受の質量で、Ｋは軸受の剛性である。
軸受に設定予圧量Ｆが負荷されたときに測定した転がり軸受装置２０の共振周波数をｆMとすると、予圧が負荷されていない真の（初期状態における）共振周波数ｆaは、共振周波数ｆMから予圧量Ｆ分の周波数成分を差し引く必要がある。従って、真の共振周波数ｆaは（３）式から求めることができる（Ｓ７）。
【００３１】
ｆa＝ｆM−Ｆ×ｋｃ      （３）
ここで、ｋｃは予め求めた補正係数（Hz／N）であり、ロードセル２１から得られる圧入荷重Ｐを予圧量Ｆとして、測定した共振周波数ｆMから真の共振周波数ｆaを求める。そして、（３）式で求めた真の共振周波数ｆaを（２）式に代入して軸受の剛性Ｋを求め、得られた剛性Ｋを用いて予圧量Ｆaと共振周波数との関係を（４）式のように定める。
【００３２】
Ｆa＝α・ｆ（Ｋ）      （４）
ここで、αは軸受の接触角であり既知の値である。また、共振周波数ｆと予圧量Ｆとの関係は図５に示すように接触角αの大小に応じて変化する。即ち、接触角αが大となるラジアルすきまの大きい場合は、接触角αが小となるラジアルすきまの小さい場合より、同一の予圧量Ｆであっても共振周波数が高くなる（ａ＜ｂ）。ただし、設計時に接触角αを設定すれば、その接触角に対し、予圧荷重と共振周波数との関係は一義的に決定される。
【００３３】
次に、得られた真の共振周波数ｆaと、設定しようとする予圧量Ｆa、及び軸受の剛性Ｋ、軸受の接触角αとから、設定しようとする予圧量Ｆaに対応する仕上共振周波数ｆTを（３）、（４）式から算出する（Ｓ８）。仕上共振周波数ｆTとは、転がり軸受装置の共振周波数がこの仕上共振周波数ｆTになったとき、転がり軸受装置の予圧量が設定しようとする予圧量Ｆaとなる共振周波数である。
【００３４】
そして、再度共振周波数ｆを測定し（Ｓ９）、測定された転がり軸受装置２０の共振周波数ｆがこの仕上共振周波数ｆTと一致するかを判断する（Ｓ１０）、共振周波数ｆが仕上共振周波数ｆTと一致するまで低速モードでの下降を続けながら共振周波数ｆの検出を繰り返し行う。
このように、真の予圧量Ｆaを所望の値に設定するには、圧入時に予め測定した共振周波数ｆMと圧入荷重Ｐ（予圧量Ｆ）とから真の共振周波数ｆaを求め、この真の共振周波数ｆaを基に所望の予圧量Ｆaに対応する仕上共振周波数ｆTを求め、この仕上共振周波数ｆTと測定した共振周波数ｆとが一致したときに圧入を終了すれば、所望の予圧量Ｆaに設定することができる。
【００３５】
検出した共振周波数ｆが仕上共振周波数ｆTと一致したとき、微動送り装置２７による下降動作を停止すると共に加振装置２２、２５による加振を停止して（Ｓ１１）、微動送り装置２７により上部加振装置２５を下降開始位置まで上昇させる（Ｓ１２）。これにより、転がり軸受装置２０が予圧量設定装置１００の本体１０から取り外し可能となる。以上のステップで予圧量設定の１サイクルが完了し、次の設定の待機状態となる。
【００３６】
上記の共振周波数を求める演算処理は、制御部３０にプログラムを予め組込んでおき、ＣＰＵ３３の指令によって、各機器から取込んだ測定データに基づいて自動的に演算が行われる。その際の途中経過を含む演算結果は逐次ディスプレイ４１に表示され、予圧量設定装置１００の使用者に明瞭且つ迅速に予圧設定状況等の情報が提供される。
【００３７】
以上詳細に説明したように、本発明による転がり軸受装置の予圧量設定方法によれば、転がり軸受装置２０に圧入荷重を負荷した状態で転がり軸受装置２０の共振周波数を求め、得られた共振周波数が、予め設定した仕上共振周波数に一致するまで圧入を続けることで、所望の予圧量に設定することができる。このように共振周波数から予圧量を換算して求めることにより、バックラッシ等の外乱によってノイズ振動が発生することを防止でき、所望の予圧量を高精度に設定することが可能となる。この予圧量の設定過程において、圧入荷重の時間微分値に変化が生じたときの信号をトリガー信号として用いることにより、その前後で圧入動作を高速モードから低速モードに自動的に切り替えて、下降速度を低速モードにすることにより、ギャップが極めて小さい場合でも、目標の共振周波数を検出したときに、直ちにその場で停止させることができる。このため、高精度で生産性の高い予圧設定を実施することができる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
転がり軸受２０の内輪１５ａへ荷重は、内輪１５ａを軸方向に圧入したときに、図６に示すように、圧入荷重が時間と共に徐々に増大することがある。つまり、圧入荷重の変化分Ｘ2＝ｄＰ／ｄｔ≠０となることがある。しかし、この場合も、初期状態からの圧入荷重の変化分Ｘ1は、内輪１５ａが動き始めた後の変化分Ｘ2と比較して十分大きく（Ｘ1≫Ｘ2）、図４の場合と同様に、ロードセル２１により圧入荷重Ｐの変化を監視することで、内輪１５ａの動き始めを検知して、圧入動作を高速モードから低速モードに切り替えることが可能となる。
【００３９】
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
転がり軸受２０のサイズや圧入代によっては、図７に示すように、圧入荷重が瞬発的に増大して、その後一定になる、即ち、内輪１５ａが静摩擦のときの荷重Ｆ1と動摩擦のときの荷重Ｆ2とがＦ2＞Ｆ1となる関係で動き出した後に、荷重が減少する場合もある。このときには、振動センサ２９を介してＣＰＵ３３に荷重が減少したことを検知することによって、同様に高速モードから低速モードに切り替えることができる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の転がり軸受の予圧設定方法によれば、転がり軸受装置の第１の部材に第３の部材を嵌合圧入するときに、送り部材による圧入荷重の変化分を検出することによって第３の部材に生じる軸方向の動きを検出しつつ、高速モードで送り、軸方向の動きを検出したら送り速度を高速モードから低速モードに切り替え、低速モードで送りながら転がり軸受装置を加振し、転がり軸受装置の共振周波数を検出する。この検出される共振周波数が、設定しようとする予圧量に対応する仕上共振周波数になるまで送り続け、検出した共振周波数が仕上共振周波数に一致したときに送りを停止する。このため、転がり軸受装置とこれを嵌合圧入する部材との間にギャップ等が存在しても、高速モードで短時間で送ることができ、第３の部材が動き始めると低速モードに切り替えるため、高精度に転がり軸受装置の共振周波数を設定でき、さらに、予圧量の設定を連続的な自動制御により迅速に行なうことができる。以て、生産性の高い正確な予圧設定を行なうことが可能となる。
また、本発明の転がり軸受の予圧設定装置によれば、第３の部材を第１の部材に圧入嵌合させるため、第３の部材を軸方向に押し出す送り部材と、送り部材の軸方向の荷重を検出するロードセルと、第３の部材及び送り部材に対して直列に配置されると共に、軸方向の力に対して十分な剛性を有し、通電に基づいて前記転がり軸受装置の構成各部品を振動させる圧電素子と、圧電素子によって振動する転がり軸受装置の共振周波数を測定する振動センサと、ロードセルによって検出される前記軸方向の荷重の変化分が急激に小さくなったとき、送り部材の送り速度を高速から低速に切り換え、且つ、振動センサによって測定される共振周波数が予め設定した周波数にほぼ一致した状態で、送り部材による第３の部材の圧入作業を終了させる制御部と、を備えることで、上記同様、短時間で正確な予圧設定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る転がり軸受装置の予圧設定方法を用いた予圧量設定装置の全体構成の一例を示す図である。
【図２】図１に示す予圧量設定装置の制御部の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す予圧量設定装置における予圧量の測定手順を示すフローチャートである。
【図４】転がり軸受装置の転がり軸受の内輪に負荷される荷重変化の様子を示すグラフである。
【図５】共振周波数と予圧量との関係は示すグラフである。
【図６】本発明に係る転がり軸受装置の予圧設定方法の第２実施形態における転がり軸受の内輪に負荷される荷重変化の様子を示すグラフである。
【図７】本発明に係る転がり軸受装置の予圧設定方法の第３実施形態における転がり軸受の内輪に負荷される荷重変化の様子を示すグラフである。
【図８】従来の種々の予圧負荷方式を説明する転がり軸受の断面図である。
【符号の説明】
１０  本体
１１  ハウジング（第２の部材）
１２  スリーブ（第１の部材）
１４、１５  転がり軸受
１４ａ  内輪（第１の部材）
１４ｂ  外輪（第２の部材）
１５ａ  内輪（第３の部材）
１５ｂ  外輪（第２の部材）
２０  転がり軸受装置
２１  ロードセル
２２  下部加振装置（圧電素子）
２３  予圧設定治具
２５  上部加振装置（圧電素子）
２７  微動送り装置（送り部材）
２９  振動センサ
３０  制御部
１００  予圧量設定装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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