CN101321963B - 具备滑动轴承的轴承装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种滑动轴承,其在内周具有由电铸加工形成的金属部,且具有向轴承间隙供给油的补油机构。由此,保持于补油机构的油向轴承间隙供给,因此利用形成于轴承间隙的油膜来提高与轴部件的润滑性,并可以避免由润滑不良引起的杂音产生,或轴承与轴部件的接触滑动导致的部件的磨耗。
Description
技术领域
本发明涉及具备滑动轴承的轴承装置。
背景技术
滑动轴承(以下简称为“轴承”)广泛应用于支撑轴承与轴部件之间的相对旋转、滑动或滑动旋转的用途。
例如,在专利文献1中,提出了在树脂成形部的轴心镶嵌由电铸加工形成的金属部并模成形的轴承。如此,通过由金属部形成作为轴承面的轴承的内周面,得到耐磨耗性优良的轴承面,并且能够高精度地设定与插入内周的轴部件之间形成的轴承间隙。
专利文献1:特开2003-56552号公报
如上述的轴承例如在用于高速旋转、需要高旋转精度的HDD磁盘驱动用的主轴电动机的旋转轴支撑等情况下,为良好地形成轴承与轴部件的润滑,有时需要润滑油。但是,轴承的内周面与轴部件的外周面之间的轴承间隙为抑制轴部件的晃动,设定为尽可能微小的间隙宽度。尤其是如上所述地由电铸加工形成金属部的情况下,轴承间隙由电铸加工的特性而被设定为极为微小的间隙宽度。从而,因为保持于该轴承间隙的润滑油的量为极少量,因此如果润滑油由于飞散、蒸发等而减少,则有由于润滑油不足导致润滑不良、杂音的产生或轴承与轴部件的接触滑动导致的部件磨耗等不良状况之虞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滑动轴承及轴承装置,其与轴部件的润滑良好,防止杂音的产生和部件的磨耗,且产品寿命长。
为解决所述问题,本发明的轴承装置具备:滑动轴承和插入滑动轴承
的内周的轴部件,该滑动轴承具有由电铸加工形成的金属部及将该金属部镶嵌于内周而成形的树脂部,并且在滑动轴承的内周面与轴部件的外周面之间形成有轴承间隙,所述轴承装置的特征在于,具有向轴承间隙供给油的补油机构。
如此,本发明的轴承装置具有向轴承间隙供给油的补油机构。由此,保持于补油机构的油向轴承间隙供给,因此利用形成于轴承间隙的油膜,提高与轴部件的润滑性,并能够避免由于润滑不良导致产生杂音,或由于轴承与轴部件的滑动接触而产生的磨耗。尤其是金属部由电铸加工形成的情况下,保持于轴承间隙的补油量极少,因此如此地设置补油机构是有效的。
补油机构例如可以由与轴部件接触的积油部构成。在该情况下,积油部与轴部件接触,由此容易向轴承间隙供给油,从而得到更平滑的润滑。此种积油部例如可以设置在金属部与轴部件之间或树脂部。
或者,也能够由与轴部件间隔的积油部构成补油机构,将保持于该积油部的油经由连通孔向轴承间隙供给。如此地,积油部与轴部件非接触,由此不会有积油部侵蚀轴承面的面积,因此能够避免轴承性能的降低。该连通孔例如贯通金属部地形成。
或者,也能够由含油金属或含油树脂等补油部件构成补油机构。通过如此地从补油部件向轴承间隙供给油,能够利用毛细管现象逐步极微量地供油,因此能够在长时期内将油膜形成于轴承间隙。如果将该补油部件设置于与轴部件接触的位置,则容易向轴承间隙供给油,并得到更平滑的润滑。另一方面,如果将补油部件设置在与轴部件非接触的位置,并经由连通孔向轴承间隙供给油,则不会由补油部件侵蚀轴承面的面积,从而可避免轴承性能的降低。
此外,使用具有如下特征的滑动轴承也能够得到与上述同样的效果,即:由金属部和将该金属部镶嵌于内周而成形的树脂部构成,内周面的至少一部分由所述金属部形成,且所述树脂部由含油树脂形成。如果轴承装置中使用该滑动轴承,则能够将油保持于树脂部的内部,因此能够增加补油量。
具备如上述的轴承装置、定子线圈、和转子磁铁的电动机平滑地工作,
因此没有杂音,产品寿命长。
发明效果
如上所述,根据本发明,轴承与轴部件的润滑良好,因此防止杂音的产生和部件的磨耗,得到产品寿命长的轴承装置。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式涉及的轴承装置1的剖面图。
图2是表示在主轴7上形成有金属部4的状态的立体图。
图3是电铸轴10的立体图。
图4是表示将电铸轴10安装在注射成形金属模中的状态的剖面图。
图5是轴承装置21的剖面图。
图6是轴承装置31的剖面图。
图7是本发明的第二实施方式涉及的电铸轴111的剖面图。
图8是表示对主轴107的外周面实施遮盖后的状态的立体图。
图9是表示在主轴107上形成有金属部104的状态的立体图。
图10是电铸轴111的立体图。
图11是表示将电铸轴111安装在注射成形金属模中的状态的剖面图。
图12是轴承装置121的剖面图。
图13是轴承装置131的剖面图。
图14是本发明的第三实施方式涉及的轴承装置201的剖面图。
图15是表示在主轴207上形成有金属部204的状态的立体图。
图16是电铸轴209的立体图。
图17是表示将电铸轴209安装在注射成形金属模中的状态的剖面图。
图18是轴承装置221的剖面图。
图19是轴承装置231的剖面图。
图20是电铸轴301的立体图。
图21是表示将电铸轴301安装在注射成形金属模中的状态的剖面图。
图22是本发明的第四实施方式涉及的滑动轴承305的剖面图。
图23是表示轴承305的其他例子的剖面图。
图24是表示轴承305的其他例子的剖面图。
图25是表示适用本发明的电动机1000的剖面图。
图中,1-轴承装置;2-轴部件;3-滑动轴承;4-金属部;5-树脂部;6-积油部(补油机构);7-主轴;8-覆盖材料;9-积油部形成部件;10-电铸轴;11a-可动模;11b-固定模;1000-电动机;1003-盘毂;1004-定子线圈;1005-转子磁铁;1006-托架;1007-止推板;D-盘;P-熔融树脂;R-径向轴承部;T-止推轴承部。
具体实施方式
以下,基于图1~图6说明本发明的第一实施方式。
图1是本发明的第一实施方式涉及的轴承装置1的剖面图。轴承装置1由轴承3、插入轴承3的内周的轴部件2、及向在轴部件2的外周面2a和轴承3的内周面3a之间形成的轴承间隙供给油的补油机构而构成。补油机构的形式和配置的场所没有特别地限定。在本实施方式中,例示了作为补油机构的积油部6设置于树脂部5,该积油部6与轴部件2相接的情况。
轴承3具备:由电铸加工形成的金属部4、和将金属部4保持于内周的树脂部5。金属部4的内周面4a作为轴承面起作用。树脂部5呈大致圆筒状,并通过将树脂模成形而形成。
以下,说明轴承3的制造工序。轴承3经过如下工序制作,即:遮盖主轴(マスタ一轴)7的所需的位置的工序;对非遮盖部进行电铸加工,形成电铸轴10的工序(参照图2、图3);由树脂注射成形电铸轴10的金属部4的工序(参照图4);以及将金属部4从主轴7剥离,并分离轴承3与主轴7的工序。
而且,在以下的说明中,“旋转用的轴承”是表示支撑与轴部件之间的相对旋转的轴承,而不问轴承是旋转侧还是固定侧。“滑动用的轴承”是表示支撑与轴之间的相对的直线运动的轴承,同样地不问轴承是移动侧还是固定侧。“滑动旋转用的轴承”是指兼具有所述两个轴承的功能,支撑与轴之间的旋转运动及直线运动的双方的轴承。此外,“摇动用的轴承”是表示例如球窝接头,允许轴的三维方向的运动的轴承。
主轴7由导电性材料,例如经过淬火处理后的不锈钢作为笔直的横剖
面圆形的轴而制作。当然并不限定于不锈钢,选择与刚性等机械强度、滑动性、耐热性、耐药品性、金属部4的加工性及剥离性等、轴承的功能上或轴承制作的情况上所需要的特性相适合的材料,进而选择热处理方法。即使陶瓷等非金属材料,通过实施导电处理(例如,通过在表面上形成导电性的金属覆膜)也可使用。而且,在主轴7的表面上期望实施用于减少与金属部4之间的摩擦力的表面处理,例如实施氟系的树脂涂敷。
主轴7除中实轴外,也可为中空轴或在中空部中填充有树脂的中实轴。此外,在旋转用的轴承中,主轴的横剖面基本上形成为圆形,但滑动用的轴承的情况下,能够将横剖面形成为任意形状,除圆形外也能够形成多边形或非正圆形状。此外,在滑动用的轴承中,基本上主轴7的横剖面形状在轴向上恒定,但在旋转用的轴承或滑动用的轴承中,在轴的全长上,有时形成为非恒定的横剖面形状的形态。
主轴7的外周面精度直接影响后述的轴承间隙的精度,因此,需要事先高精度地完成正圆度、圆柱度、表面粗糙度等轴承功能上重要的表面精度。例如,在旋转用的轴承中,从避免与轴承面的接触的观点出发,重视正圆度,因此主轴7的外周面需要尽可能地提高正圆度。例如,期望制作到到后述的轴承间隙的平均宽度(半径尺寸)的八成以下。从而,例如在将轴承间隙的平均宽度设定为2μm的情况下,主轴的外周面期望制作到1.6μm以下的正圆度。
在主轴7的外周面上,除了金属部4的形成预定部,实施遮盖(图2中由散点表示)。作为遮盖用的覆盖材料8,选择使用具有非导电性及对于电解质溶液具有耐腐蚀性的现有品。
电铸加工通过将主轴7浸渍于含有Ni或Cu等金属离子的电解质溶液中,并向电解质溶液通电,从而使目的金属析出在主轴7的表面而进行。电解质溶液中也可根据需要含有碳等滑动材料或糖精等应力缓和材料。电镀金属的种类根据轴承的轴承面需要的硬度、耐磨耗性、疲劳强度等物理性质、化学性质而适宜地选择。金属部4的厚度因为如果其厚度过厚,则从主轴7剥离的剥离性降低,如果过薄则轴承面的耐久性降低等相关,因此根据需要的轴承性能或轴承尺寸进而用途设定为最佳的厚度。例如,在轴径1mm~6mm的旋转用轴承中,优选形成为10μm~200μm的厚度。
经过以上的工序,如图2所示,由此在主轴7外周上形成圆筒状的金属部4。而且,在遮盖用的覆盖材料8薄的情况下,有时金属部4的两端向覆盖材料8侧挤出,并在内周面上形成锥状的倒角部。利用该倒角部,能够形成防止金属部从树脂部脱落的凸缘部。在本实施方式中,例示未形成倒角部的情况。
然后,如图3所示,在主轴7的外周面配置积油部形成部件9。积油部形成部件9的形状未被特别地限定,除如图3所示的环状外,例如也可在圆周方向上,在分隔的多个位置上设置。此外,剖面形状除如图4所示的矩形外,能够形成半圆状或台形状等任意的形状。
积油部形成部件9所使用的材料优选可弹性变形的材料,例如由橡胶系的材料形成,以在形状为如图3所示的环状的情况下,在后述的轴承3与主轴7的分离后,能够从轴承3卸下。在积油部形成部件9的形状为非环状的情况下,如果没有从轴承3卸下时的不便,能够使用任意的材料例如金属或树脂等。
配置积油部形成部件9的位置只要在树脂部5的形成预定部内即可,没有特别地限定。例如,除如图3所示与金属部4邻接地配置外,也可在轴向上与金属部4间隔地配置。或者,可以将金属部4在轴向上形成于间隔的多个位置,并且在该金属部4之间配置积油部形成部件9。此外,配置的数量没有限定,可以如图3所示配置于一处,也可配置于多个位置。
由此,在主轴7的外周面形成设置有金属部4和积油部形成部件9的电铸轴10。电铸轴10被输送到图4所示的注射成形工序,将金属部4、积油部形成部件9及主轴7作为镶嵌部件而进行镶嵌成形。
图4示意地表示树脂部5的镶嵌成形工序,在由可动模11a、及固定模11b构成的金属模中设置流道12及浇口13和腔室14。浇口13在本实施方式中为点状浇口,并在成形金属模(固定模11b)的、与树脂部5的轴向一端面对应的位置处,且在圆周方向上等间隔地形成多处(例如,三处)。各浇口13的浇口面积与填充的熔融树脂的粘度或成形品的形状对应地设定为适当的值。
在上述结构的金属模中,在将电铸轴10定位于规定位置的状态下,使可动模11a向固定模11b靠近,并将模紧固。接下来,在紧固模的状态
下,经由直浇道(省略图示)、流道12及浇口13,向腔室14内注射并填充熔融树脂P,将树脂部5与电铸轴10一体地成形。
熔融树脂P为热可塑性树脂,作为非晶性树脂可以使用聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯基砜(PPSU)、聚醚酰亚胺(PEI)等,作为结晶性树脂可以使用液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)等。此外,填充于上述树脂的填充材料的种类没有特别地限定,但例如作为填充材料可以使用玻璃纤维等纤维状填充材料、钛酸钾等触须状填充材料、云母等鳞片状填充材料、碳纤维、碳黑、石墨、碳纳米材料、金属粉末等纤维状或粉末状的导电性填充材料。这些填充材料可以单独使用,或者也可混合两种以上使用。
在开模后,将主轴7、金属部4、积油部形成部件9及树脂部5构成为一体的成形品从金属模中脱模。该成形品在其后的剥离工序中,分离为由金属部4、树脂部5及积油部形成部件9构成的要素(参照图1)和主轴7。
在该剥离工序中,通过释放蓄积于金属部4的内部应力,使金属部4的内周面4a的直径扩大,并从主轴7的外周面剥离。内部应力的释放通过对主轴7或金属部4施加冲撞,或者通过在金属部4的内周面4a和主轴7的外周面之间施加轴向的加压力而进行。通过内部应力的释放,使金属部4的内周面的直径在半径方向上扩大,在金属部4的内周面4a与主轴7的外周面之间形成适当大小的间隙,由此能够从金属部4的内周面4a在轴向上平滑地拉拔主轴7,且由此得到的成形品分离为由金属部4、树脂部5及积油部形成部件9构成的要素、和主轴7。而且,金属部4的扩径量例如能够通过改变金属部4的壁厚或电解质溶液的组成、电铸条件来控制。
在仅通过施加冲撞而无法将金属部4的内周充分扩径的情况下,将金属部4和主轴7加热或冷却,利用在两者间产生的热膨胀量差也能够将金属部4从主轴7剥离。
从由如此地分离后的金属部4、树脂部5及积油部形成部件9构成的要素上取下积油部形成部件9,形成具有积油部6的轴承3。
积油部6的容积即积油部形成部件9的体积V1为保持足够的油,期
望将其相对于轴承间隙的容积V2的比设定在10以上(V1/V2>10)。此外,在本实施方式中,例示了积油部形成部件9由橡胶等弹性材料形成的情况,但例如也能够由溶融性的材料形成积油部形成部件9,并在分离工序后利用溶剂溶融而形成。或者,将轴承3的内周面3a形成为圆筒状,并通过由旋转切削等机械加工将该圆筒状内周面3a的一部分去除而形成积油部6。此外,在本实施方式中,在轴承3上形成积油部6,但也可以例如通过旋转切削等机械加工将轴部件2的外周面2a的一部分去除,在轴部件2上形成积油部6。
然后,在轴承3中插入单独制作的轴部件2,并在轴承3与轴部件2的外周面之间的轴承间隙及积油部6中填充润滑油,由此完成图1所示的轴承装置1。
在本实施方式中,如图1所示,轴承3的内周面3a由金属部4的内周面4a和树脂部5的小径内周面5a形成,且金属部4的内周面4a作为轴承面起作用。在注射成形后的固化时,树脂部5的小径内周面5a由于成形收缩而直径扩大地考虑树脂材料的组成或成形条件,由此能够在与主轴7的外周面之间形成微小的间隙。由此,可以容易地分离树脂部5和主轴7。只要微小间隙的宽度合适,则在图1所示的轴承装置1中,能够使树脂部5的小径内周面5a与轴部件2的外周面2a间的微小间隙作为毛细管密封部起作用,有效地防止润滑油从轴承间隙流出。除此以外,也可在主轴7的分离后,由机械加工等形成小径内周面5a。
如此地,毛细管密封部除使树脂部5的小径内周面5a扩径外,也可以通过在与小径内周面5a相对的轴部件2的外周面2a上形成小径外周面(省略图示)而形成。此外,如果将毛细管密封部形成为越靠近轴承间隙侧越逐渐缩小间隙宽度的锥状密封部,则可更有效的防止润滑油的流出。
作为轴部件2,也可原样地使用分离后的主轴7。在此情况下,由在金属部4和主轴7的剥离工序中形成的金属部4的内周面4a与主轴7的外周面间的微小间隙作为轴承间隙起作用。该轴承间隙由电铸加工的特性可知具有余隙极小且高精度的特征,因此可提供具有高的旋转精度或滑动性的轴承。而且,如上所述,在置换为单独制作的轴部件而构成轴承的情况下,只要一次制作主轴7,则可以将其重复转用,因此可以抑制主轴7的制作成本,并实现轴承装置1的进一步低成本化
在轴承装置1的工作(旋转、滑动、旋转滑动或摇动)时,从积油部6供给的油在金属部4的内周面4a与轴部件2的外周面2a间的轴承间隙形成油膜,因此足够的润滑油总是夹于轴承间隙。由此,避免由于油不足导致的润滑不良所产生的杂音,和由于轴部件2与轴承3的接触滑动引起的磨耗,并延长产品寿命。
本发明的第一实施方式并不限于以上所述。图5所示的轴承装置21在形成为杯状的轴承3的内周面及内底面形成金属部4。在轴承3的内周插入下端为凸球面状的轴部件2。轴部件2的凸球面部2b的前端与金属部4的内底面4c之间形成在止推方向上支撑轴部件2的止推轴承部T。在该情况下,在轴部件2的凸球面部2b、和金属部4的内周面4a及内底面4c之间形成构成补油机构的积油部6。
图6所示的轴承装置31单独地形成杯状的轴承3的侧部15和底部16。底部16例如由金属材料形成,通过粘接、高频焊接、超声波焊接等方法固定于侧部15。在轴部件2的凸球面部2b的前端与轴承3的底部16的上端面16a之间形成在止推方向上支撑轴部件2的止推轴承部T。在该情况下,由轴部件2的凸球面部2b、树脂部5的阶梯部5b、金属部4的下端部和底部16的上端面16a包围的空间作为构成补油机构的积油部6起作用。在该情况下,通过调整注射成形时的金属模,能够形成树脂部5的阶梯部5b,因此积油部6的形成被简单化。
接下来,参照图7~图13对本发明的第二实施方式进行说明。
图7是本发明的第二实施方式涉及的轴承装置101的剖面图。轴承装置101由轴承103和插入轴承103的内周的轴部件102构成。其中轴承103具备:由电铸加工形成的金属部104、和将金属部104保持于内周的树脂部105。在本实施方式中,如图7所示,例示了作为补油机构设置积油部106,该积油部106与金属部104的外周面104b邻接,且与轴部件102的外周面102a离开地设置的情况。
金属部104的内周面104a作为轴承面起作用。在该轴承103中,树脂部5呈大致圆筒状,并通过将树脂模成形而形成。积油部106与轴部件102的外周面102a离开地形成,且该积油部106与金属部104的内周面
104a和轴部件102的外周面102a间的轴承间隙通过贯通金属部104的连通孔109而连通。树脂部105呈大致圆筒状,并通过将树脂模成形而形成。
以下,说明轴承103的制造工序。轴承103经过如下工序制作,即:进行遮盖主轴107的所需的位置等规定处理的工序(参照图8);对非遮盖部进行电铸加工,形成电铸轴111的工序(参照图9、图10);由树脂注射成形电铸轴111的金属部104的工序(参照图11);以及将金属部104从主轴107剥离,并分离轴承103与主轴107的工序。
主轴107由导电性材料,例如经过淬火处理后的不锈钢作为笔直的横剖面圆形的轴而制作。当然并不限定于不锈钢,选择与刚性等机械强度、滑动性、耐热性、耐药品性、金属部104的加工性及剥离性等、轴承的功能上或轴承制作的情况上所需要的特性相适合的材料,进而选择热处理方法。即使陶瓷等非金属材料,通过实施导电处理(例如,通过在表面上形成导电性的金属覆膜)也可使用。而且,在主轴107的表面上期望实施用于减少与金属部4之间的摩擦力的表面处理,例如实施氟系的树脂涂敷。
主轴107除中实轴外,也可为中空轴或在中空部中填充有树脂的中实轴。此外,在旋转用的轴承中,主轴的横剖面基本上形成为圆形,但滑动用的轴承的情况下,能够将横剖面形成为任意形状,除圆形外也能够形成多边形或非正圆形状。此外,在滑动用的轴承中,基本上主轴107的横剖面形状在轴向上恒定,但在旋转用的轴承或滑动用的轴承中,在轴的全长上,有时形成为非恒定的横剖面形状的形态。
主轴107的外周面精度直接影响后述的轴承间隙的精度,因此,需要事先高精度地完成正圆度、圆柱度、表面粗糙度等轴承功能上重要的表面精度。例如,在旋转用的轴承中,从避免与轴承面的接触的观点出发,重视正圆度,因此主轴107的外周面需要尽可能地提高正圆度。例如,期望制作到到后述的轴承间隙的平均宽度(半径尺寸)的八成以下。从而,例如在将轴承间隙的平均宽度设定为2μm的情况下,主轴的外周面期望制作到1.6μm以下的正圆度。
在主轴107的外周面上,除了金属部4的形成预定部,实施遮盖(图8中由散点表示)。作为遮盖用的覆盖材料108,选择使用具有非导电性及对于电解质溶液具有耐腐蚀性的现有品。此外,在连通孔109的形成预定
部设置突起部119。突起部119使用非导电性及对电解质溶液具有耐腐蚀性、且利用特定的溶剂来溶融的材料,例如溶融性的树脂。突起部119的径向尺寸(突起高度)设定为与后面形成的金属部104的厚度大致相同。在本实施方式中,突起部119设在轴向的大致中心部,但位置和数量未被特别限定,根据配置后述的积油部形成部件110的位置来确定。
电铸加工通过将主轴107浸渍于含有Ni或Cu等金属离子的电解质溶液中,并向电解质溶液通电,从而使目的金属析出在主轴7的表面而进行。电解质溶液中也可根据需要含有碳等滑动材料或糖精等应力缓和材料。电镀金属的种类根据轴承的轴承面需要的硬度、耐磨耗性、疲劳强度等物理性质、化学性质而适宜地选择。金属部104的厚度因为如果其厚度过厚,则从主轴107剥离的剥离性降低,如果过薄则轴承面的耐久性降低等相关,因此根据需要的轴承性能或轴承尺寸进而用途设定为最佳的厚度。例如,在轴径1mm~6mm的旋转用轴承中,优选形成为10μm~200μm的厚度。
经过以上的工序,如图9所示,由此在主轴107外周上形成圆筒状的金属部104,且在金属部104的外周面104b上,突起部119的外径端面露出。而且,在遮盖用的覆盖材料108薄的情况下,有时金属部104的两端向覆盖材料108侧挤出,并在内周面上形成锥状的倒角部。利用该倒角部,能够形成防止金属部从树脂部脱落的凸缘部。在本实施方式中,例示未形成倒角部的情况。此外,在本实施方式中,例示金属部104在轴向上连续地形成的情况,但也可在轴向上间隔的几个位置处形成金属部104。
然后,如图10所示,以覆盖金属部104的外周面104b的突起部119的方式配置积油部形成部件110。作为配置方法,考虑例如将主轴107、金属部104及突起部119配置在金属模内,并将树脂等注射成形,一体地形成积油部形成部件110的方法,或者使单独地形成的积油部形成部件110嵌合于金属部104的外周面104b的方法等。积油部形成部件110由利用溶剂溶融,且具有比注射的树脂高的熔点的材料形成,以不被注射成形时注射的高温的树脂材料熔融。积油部形成部件110的材料如果选定与突起部119相同的材料或可由与突起部119相同溶剂溶融的其他材料,则因为能够一次进行后述的注射成形后的积油部110及突起部119的溶融,工序能够简略化。由此,在主轴107的外周面上形成具有金属部104和积油部
形成部件110的电铸轴111。
形成积油部形成部件110的位置只要可与突起部119的外径侧端面接触即可,没有特别限定。在表示本实施方式的图10中,例示了积油部形成部件110在圆周方向全周(环状)形成的情况,但例如,也能够在圆周方向上间隔的多个位置配置圆弧状的积油部形成部件110。此外,积油部形成部件110的剖面形状除如图11所示的矩形,也能够形成为半圆形、梯形等适宜的形状。此外,在图10中,积油部形成部件110配置在金属部104的外径侧的轴向中央部一处,但也可在轴向任意方向上错开地配置,或者也可在轴向多个位置处配置。
电铸轴111被输送至图11所示的注射成形工序,将金属部104、积油部形成部件110、主轴107及突起部119作为镶嵌部件而进行镶嵌成形。
图11示意地表示树脂部105的镶嵌成形工序,在由可动模112、及固定模113构成的金属模中设置流道114及浇口115和腔室116。浇口115在本实施方式中为点状浇口,并在成形金属模(固定模113)的、与树脂部105的轴向一端面对应的位置处,且在圆周方向上等间隔地形成多处(例如,三处)。各浇口115的浇口面积与填充的熔融树脂的粘度或成形品的形状对应地设定为适当的值。
在上述结构的金属模中,在将电铸轴111定位于规定位置的状态下,使可动模112向固定模113靠近,并将模紧固。接下来,在紧固模的状态下,经由直浇道(省略图示)、流道114及浇口115,向腔室116内注射并填充熔融树脂P,将树脂部105与电铸轴111一体地成形。
熔融树脂P为热可塑性树脂,作为非晶性树脂可以使用聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯基砜(PPSU)、聚醚酰亚胺(PEI)等,作为结晶性树脂可以使用液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)等。此外,填充于上述树脂的填充材料的种类没有特别地限定,但例如作为填充材料可以使用玻璃纤维等纤维状填充材料、钛酸钾等触须状填充材料、云母等鳞片状填充材料、碳纤维、碳黑、石墨、碳纳米材料、金属粉末等纤维状或粉末状的导电性填充材料。这些填充材料可以单独使用,或者也可混合两种以上使用。
在开模后,将主轴107、金属部104、积油部形成部件110、突起部
119及树脂部105构成为一体的成形品从金属模中脱模。该成形品在其后的剥离工序中,分离为由金属部104、树脂部105、积油部形成部件110及突起部119构成的要素和主轴107。
在该剥离工序中,通过释放蓄积于金属部104的内部应力,使金属部104的内周面104a的直径扩大,并从主轴107的外周面剥离。内部应力的释放通过对主轴107或轴承103施加冲撞,或者通过在金属部104的内周面104a和主轴107的外周面之间施加轴向的加压力而进行。通过内部应力的释放,使金属部104的内周面的直径在半径方向上扩大,在金属部104的内周面104a与主轴107的外周面之间形成适当大小的间隙,由此能够从金属部104的内周面104a在轴向上平滑地拉拔主轴107,且由此将成形品分离为由金属部104、树脂部105、积油部形成部件110及突起部119构成的要素、和主轴107。而且,金属部104的扩径量例如能够通过改变金属部104的壁厚或电解质溶液的组成、电铸条件来控制。
在仅通过施加冲撞而无法将金属部104的内周充分扩径的情况下,将金属部104和主轴107加热或冷却,利用在两者间产生的热膨胀量差也能够将金属部104从主轴107剥离。
从由如此地分离后的金属部104、树脂部105、积油部形成部件110及突起部119构成的要素中,利用溶剂使突起部119及积油部形成部件110溶融,形成具有连通孔109及积油部106的轴承103。积油部106的容积即积油部形成部件110的体积V1为保持足够的油,期望将其相对于轴承间隙的容积V2的比设定在10以上(V1/V2>10)。
然后,在轴承103中插入单独制作的轴部件102,并向轴承103的内周面与轴部件102的外周面之间的轴承间隙及积油部106中填充润滑油,由此完成图7所示的轴承装置101。
在本实施方式中,例示了分别由突起部119及积油部形成部件110单独的部件形成连通孔109及积油部106,但例如也可将突起部119和积油部形成部件110一体地形成的部件配置于电铸加工工序前的主轴107的外周面,然后利用与上述同样地进行电铸加工、注射成形、分离、溶融,在轴承103上形成连通孔109及积油部106。在该情况下,也可如图7所示地,以与金属部104的外周面104b相接的方式设置积油部106,但也能够
在径向上与金属部104间隔地设置。在该情况下,连通孔109贯通金属部104及树脂部105,将积油部106和轴承间隙连通(省略图示)。
在本实施方式中,如图7所示,轴承103的内周面103a由金属部104的内周面104a和树脂部105的小径内周面105a形成,且金属部104的内周面104a作为轴承面起作用。在注射成形后的固化时,树脂部105的小径内周面105a由于成形收缩而直径扩大地考虑树脂材料的组成或成形条件,由此能够在与主轴107的外周面之间形成微小的间隙。由此,可以容易地分离树脂部105和主轴107。只要微小间隙的宽度合适,则在图7所示的轴承装置101中,能够使树脂部105的小径内周面105a与轴部件102的外周面102a间的微小间隙作为毛细管密封部起作用,有效地防止润滑油从轴承间隙流出。除此以外,也可在主轴107的分离后,由机械加工等形成小径内周面105a。
如此地,毛细管密封部除使树脂部105的小径内周面105a扩径外,也可以通过在与小径内周面105a相对的轴部件102的外周面102a上形成小径外周面(省略图示)而形成。此外,如果将毛细管密封部形成为越靠近轴承间隙侧越逐渐缩小间隙宽度的锥状密封部,则可更有效的防止润滑油的流出。
作为轴部件102,在使用主轴107的情况下,由在金属部104和主轴107的剥离工序中形成的金属部104的内周面104a与主轴107的外周面间的微小间隙作为轴承间隙起作用。该轴承间隙由电铸加工的特性可知具有余隙极小且高精度的特征,因此可提供具有高的旋转精度或滑动性的轴承。而且,作为轴部件102并不一定需要使用主轴107,也可置换为由与主轴107相同的精度单独制作的轴部件而构成轴承。在此情况下,只要一次制作主轴107,则可以将其重复转用,因此可以抑制主轴107的制作成本,并实现轴承装置101的进一步低成本化。
在轴承装置101的工作(旋转、滑动、旋转滑动或摇动)时,从积油部106供给的油在金属部104的内周面104a与轴部件102的外周面102a间的轴承间隙形成油膜,因此足够的润滑油总是夹于轴承间隙。由此,避免由于油不足导致的润滑不良所产生的杂音,和由于轴部件102与轴承103的接触滑动引起的磨耗,并延长产品寿命。此外,保持于积油部106
的油通过连通孔109向轴承间隙供给,因此作为轴承面的金属部104的内周面104a减少的面积非常小(仅连通孔109)。从而,能够避免由于轴承面的减少导致的轴承性能的降低。
本发明的第二实施方式并不限于以上所述。图12所示的轴承装置121在形成为杯状的轴承103的内周面及内底面形成金属部104。在轴承103的内周插入轴部件102,在金属部104的内周面104a与轴部件102的外周面102a之间形成径向轴承间隙,且在金属部104的内底面104c与轴部件102的凸球面部102b的前端之间形成在止推方向上接触支撑轴部件102的止推轴承部T。在该情况下,保持于形成在金属部104的外周面104b的下端附近的积油部106的油通过连通孔109向径向轴承间隙及止推轴承部T供给。与上述的轴承装置101同样,积油部106的位置只要与轴部件非接触即可而没有特别限定,例如也可设置在与金属部104的底部的下端面104相接的位置。或者也能够以与金属部104非接触的方式配置在树脂部105的内部。
图13所示的轴承装置131单独地形成杯状的轴承103的侧部117和底部118。侧部117具有大径内周面105b和小径内周面105c,并由树脂的注射成形而形成。底部118例如由金属材料形成,通过粘接、高频焊接、超声波焊接等方法固定于侧部117。在轴部件102的凸球面部102b的前端与金属部104的内底面104c之间形成在止推方向上接触支撑轴部件102的止推轴承部T。在该情况下,利用由金属部104的外周面104b、底部118的上端面118a、和树脂部105的大径内周面105b包围的区域形成积油部106,且保持于积油部106的油经由连通孔109及由轴部件102的凸球面部102b和金属部104包围的空间,向轴承间隙供给。
在轴承装置131中,因为轴承103的底部118单独地形成,因此构成积油部106的树脂部105的大径内周面105b的形成方法的自由度提高。例如,在注射成形工序前,在金属部104的外周配置环状的橡胶材料,通过在成形后取下,能够形成树脂部105的大径内周面105b。此外,也可以利用注射成形时的金属模来形成大径内周面105b。或者也可在由树脂进行注射成形后,通过旋转切削等机械加工,去除树脂部105的一部分,由此形成大径内周面105b。在这些方法中,在形成积油部106的情况下,积油
部106的位置需要与底部118的上端面118a相接,但在与上述的轴承装置101、121同样地由溶融于溶剂的物质形成的情况下,没有特别限定。
接下来,参照图14~图19对本发明的第三实施方式进行说明。
图14是本发明的第三实施方式涉及的轴承装置201的剖面图。轴承装置201由轴承203和插入轴承203的内周的轴部件202构成。轴承203具备:由电铸加工形成的金属部204、和将金属部204保持于内周的树脂部205。在本实施方式中,表示了作为补油机构设置补油部件206的情况。
以下,说明轴承203的制造工序。轴承203经过如下工序制作,即:遮盖主轴207的所需的位置的工序后,对非遮盖部进行电铸加工,形成电铸轴209的工序(参照图15、图16);由树脂注射成形电铸轴209的金属部204的工序(参照图17);以及将金属部204从主轴207剥离,并分离轴承203与主轴207的工序。
主轴207由导电性材料,例如经过淬火处理后的不锈钢作为笔直的横剖面圆形的轴而制作。当然并不限定于不锈钢,选择与刚性等机械强度、滑动性、耐热性、耐药品性、金属部204的加工性及剥离性等、轴承的功能上或轴承制作的情况上所需要的特性相适合的材料,进而选择热处理方法。即使陶瓷等非金属材料,通过实施导电处理(例如,通过在表面上形成导电性的金属覆膜)也可使用。而且,在主轴207的表面上期望实施用于减少与金属部204之间的摩擦力的表面处理,例如实施氟系的树脂涂敷。
主轴207除中实轴外,也可为中空轴或在中空部中填充有树脂的中实轴。此外,在旋转用的轴承中,主轴的横剖面基本上形成为圆形,但滑动用的轴承的情况下,能够将横剖面形成为任意形状,除圆形外也能够形成多边形或非正圆形状。此外,在滑动用的轴承中,基本上主轴207的横剖面形状在轴向上恒定,但在旋转用的轴承或滑动用的轴承中,在轴的全长上,有时形成为非恒定的横剖面形状的形态。
主轴207的外周面精度直接影响后述的轴承间隙的精度,因此,需要事先高精度地完成正圆度、圆柱度、表面粗糙度等轴承功能上重要的表面精度。例如,在旋转用的轴承中,从避免与轴承面的接触的观点出发,重视正圆度,因此主轴207的外周面需要尽可能地提高正圆度。例如,期望制作到到后述的轴承间隙的平均宽度(半径尺寸)的八成以下。从而,例
如在将轴承间隙的平均宽度设定为2μm的情况下,主轴的外周面期望制作到1.6μm以下的正圆度。
在主轴207的外周面上,除了金属部204的形成预定部,实施遮盖(图15中由散点表示)。作为遮盖用的覆盖材料208,选择使用具有非导电性及对于电解质溶液具有耐腐蚀性的现有品。
电铸加工通过将主轴207浸渍于含有Ni或Cu等金属离子的电解质溶液中,并向电解质溶液通电,从而使目的金属析出在主轴207的表面而进行。电解质溶液中也可根据需要含有碳等滑动材料或糖精等应力缓和材料。电镀金属的种类根据轴承的轴承面需要的硬度、耐磨耗性、疲劳强度等物理性质、化学性质而适宜地选择。金属部204的厚度因为如果其厚度过厚,则从主轴207剥离的剥离性降低,如果过薄则轴承面的耐久性降低等相关,因此根据需要的轴承性能或轴承尺寸进而用途设定为最佳的厚度。例如,在轴径1mm~6mm的旋转用轴承中,优选形成为10μm~200μm的厚度。
经过以上的工序,如图15所示,由此在主轴207外周上形成圆筒状的金属部204。而且,在遮盖用的覆盖材料208薄的情况下,有时金属部204的两端向覆盖材料208侧挤出,并在内周面上形成锥状的倒角部。利用该倒角部,能够形成防止金属部从树脂部脱落的凸缘部。在本实施方式中,例示未形成倒角部的情况。
然后,如图16所示,在主轴207的外周面上将补油部件206与金属部204在轴向上邻接地配置。作为补油部件206的材料,例如,可以使用使润滑油含浸于烧结金属等多孔质金属的含油金属。除此以外,使润滑油含浸于多孔质树脂的含油树脂、将润滑成分分散保持于树脂中的含油树脂、配合有含油的多孔质粒子的含油树脂,或者使润滑油含浸于毛毡等纤维材料的含油纤维等也可作为补油部件使用。而且,在由树脂形成补油部件206的情况下,需要具有比射出的树脂材料高的熔点,以不被以后的注射成形时注射的高温的树脂材料熔融。此外,补油部件206使用具有需要含浸润滑油的材料(多孔质金属、多孔质树脂、纤维材料等)的情况下,在向后述的轴承装置201的轴承间隙填充润滑油时,同时也能够使润滑油含浸于补油部件206。
补油部件206的形状或配置的场所、配置的数量并不限定于上述。在表示本实施方式的图16中,例示了补油部件206在圆周方向全周(环状)形成的情况,但也可在圆周方向上间隔的多个位置配置补油部件206。此外,补油部件206的剖面形状除如图14所示的矩形外,也能够形成半圆形或梯形等适宜的形状。此外,在图16中,补油部件206配置于轴承203的一端部,但也可配置在多个位置,例如能够配置于轴承203的两端部。或者,将金属部204在轴向上形成于间隔的多个位置,并在该金属部之间配置补油部件206。此外,也能够在轴向上将补油部件206与金属部204间隔地配置。
由以上所述,在主轴207的外周面上形成设置有金属部204和补油部件206的电铸轴209。电铸轴209被输送至图17所示的注射成形工序,将金属部204、补油部件206、及主轴207作为镶嵌部件而进行镶嵌成形。
图17示意地表示树脂部205的镶嵌成形工序,在由可动模210、及固定模211构成的金属模中设置流道212及浇口213和腔室214。浇口213在本实施方式中为点状浇口,并在成形金属模(固定模211)的、与树脂部205的轴向一端面对应的位置处,且在圆周方向上等间隔地形成多处(例如,三处)。各浇口213的浇口面积与填充的熔融树脂的粘度或成形品的形状对应地设定为适当的值。
在上述结构的金属模中,在将电铸轴209定位于规定位置的状态下,使可动模210向固定模211靠近,并将模紧固。接下来,在紧固模的状态下,经由直浇道(省略图示)、流道212及浇口213,向腔室214内注射并填充熔融树脂P,将树脂部205与电铸轴209一体地成形。
熔融树脂P为热可塑性树脂,作为非晶性树脂可以使用聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚苯基砜(PPSU)、聚醚酰亚胺(PEI)等,作为结晶性树脂可以使用液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)等。此外,填充于上述树脂的填充材料的种类没有特别地限定,但例如作为填充材料可以使用玻璃纤维等纤维状填充材料、钛酸钾等触须状填充材料、云母等鳞片状填充材料、碳纤维、碳黑、石墨、碳纳米材料、金属粉末等纤维状或粉末状的导电性填充材料。这些填充材料可以单独使用,或者也可混合两种以上使用。
在开模后,将主轴207、金属部204、补油部件206及树脂部205构成为一体的成形品从金属模中脱模。该成形品在其后的剥离工序中,分离为由金属部204、树脂部205、及补油部件206构成轴承203(参照图14)和主轴207。
在该剥离工序中,通过释放蓄积于金属部204的内部应力,使金属部204的内周面204a的直径扩大,并从主轴207的外周面剥离。内部应力的释放通过对主轴207或轴承203施加冲撞,或者通过在金属部204的内周面204a和主轴207的外周面之间施加轴向的加压力而进行。通过内部应力的释放,使金属部204的内周面的直径在半径方向上扩大,在金属部204的内周面204a与主轴207的外周面之间形成适当大小的间隙,由此能够从金属部204的内周面204a在轴向上平滑地拉拔主轴207,由此将成形品分离为由金属部204、树脂部205、及补油部件206构成的轴承203、和主轴207。而且,金属部204的扩径量例如能够通过改变金属部204的壁厚或电解质溶液的组成、电铸条件来控制。
在仅通过施加冲撞而无法将金属部204的内周充分扩径的情况下,将金属部204和主轴207加热或冷却,利用在两者间产生的热膨胀量差也能够将主轴207和轴承203分离。
然后,在轴承203中插入轴部件202,并向轴承203的内周面与轴部件202的外周面之间的轴承间隙中填充润滑油,由此完成图14所示的轴承装置201。
在本实施方式中,如图14所示,轴承203的内周面203a由金属部204的内周面204a和树脂部205的小径内周面205a形成,且金属部204的内周面204a作为轴承面起作用。在注射成形后的固化时,树脂部205的小径内周面205a由于成形收缩而直径扩大地考虑树脂材料的组成或成形条件,由此能够在与主轴207的外周面之间形成微小的间隙。由此,可以容易地分离树脂部205和主轴207。只要微小间隙的宽度合适,则在图14所示的轴承装置201中,能够使树脂部205的小径内周面205a与轴部件202的外周面202a间的微小间隙作为毛细管密封部起作用,有效地防止润滑油从轴承间隙流出。除此以外,也可在主轴207的分离后,由机械加工等形成小径内周面205a。
如此地,毛细管密封部除使树脂部205的小径内周面205a扩径外,也可以通过在与小径内周面205a相对的轴部件202的外周面202a上形成小径外周面(省略图示)而构成。此外,如果将毛细管密封部形成为越靠近轴承间隙侧越逐渐缩小间隙宽度的锥状密封部,则可更有效的防止润滑油的流出。
作为轴部件202,在使用主轴207的情况下,由在金属部204和主轴207的剥离工序中形成的金属部204的内周面204a与主轴107的外周面间的微小间隙作为轴承间隙起作用。该轴承间隙由电铸加工的特性可知具有余隙极小且高精度的特征,因此可提供具有高的旋转精度或滑动性的轴承。而且,作为轴部件202并不一定需要使用主轴207,也可置换为由与主轴207相同的精度单独制作的轴部件而构成轴承。在此情况下,只要一次制作主轴207,则可以将其重复转用,因此可以抑制主轴207的制作成本,并实现轴承装置201的进一步低成本化。
此外,在本实施方式中,例示了将金属部204、树脂部205及补油部件206一体成形的情况,但配置补油部件206的方法不局限于此,例如也能够在树脂部205形成凹部,并在该凹部中固定补油部件206。树脂部205的凹部例如利用注射成形时的金属模的形状形成,或者在注射成形后利用旋转切削等机械加工去除树脂部205的一部分而形成。
在轴承装置201的工作(旋转、滑动、旋转滑动或摇动)时,从补油部件206供给的油在金属部204的内周面204a与轴部件202的外周面202a间形成油膜,由此,避免由于油不足导致的润滑不良所产生的杂音,和由于轴部件202与轴承203的接触滑动引起的磨耗,并延长产品寿命。此外,通过使油保持于补油部件,与从积油部等空间供油相比,能够逐步微量地供给油,因此能够长时期在轴承间隙形成适度的油膜。
本发明的第三实施方式并不限于以上所述。在上述的轴承装置201中,例示了补油部件206与轴部件202接触的情况,但例如图18所示的轴承装置221,也能够将补油部件206配置在与轴部件202非接触的位置,并经由贯通金属部204的连通孔217向轴承间隙供给油。轴承装置221在形成为杯状的轴承203的内周面及内底面形成金属部204,并在轴承203的内周插入轴部件202。在金属部204的内周面204a与轴部件202的外周面
102a之间形成径向轴承间隙,且在金属部204的内底面204c与轴部件202的凸球面部202b的前端之间形成在止推方向上接触支撑轴部件202的止推轴承部T。补油部件206例如如图18所示,能够配置在与金属部204的外径面相接的位置。除此以外,也可将补油部件206配置在与金属部204的底部的下端面204d相接的位置。或者,将补油部件206配置在与金属部204在径向上间隔的树脂部205的内部,通过连通孔217而与轴承间隙连通。
图19所示的轴承装置231单独地形成杯状的轴承203的侧部215和底部216。侧部215由树脂的注射成形而形成,并具有大径内周面205b和小径内周面。在树脂部205的大径内周面205b配置补油部件206。底部216例如由金属材料形成,通过粘接、高频焊接、超声波焊接等方法固定于侧部215。在轴部件202的凸球面部202b的前端与底部216的上端面216a之间形成在止推方向上接触支撑轴部件202的止推轴承部T。在该情况下,除如图19所示在侧部215侧设置补油部件206以外,也能够在底部216设置补油部件206。
接下来,参照图20~图24对本发明的第四实施方式进行说明。
在本实施方式中,表示轴承305的树脂部315由含油树脂形成的情况。轴承305(参照图22)经过如下工序制作,即:遮盖主轴302的所需的位置的工序;对非遮盖部进行电铸加工,形成电铸轴301的工序(参照图20);由树脂注射成形电铸轴301的金属部304的工序(参照图21);以及将金属部304与主轴302分离的工序。
主轴302由导电性材料,例如经过淬火处理后的不锈钢作为笔直的横剖面圆形的轴而制作。当然并不限定于不锈钢,选择与刚性等机械强度、滑动性、耐热性、耐药品性、金属部304的加工性及剥离性等、轴承的功能上或轴承制作的情况上所需要的特性相适合的材料,进而选择热处理方法。即使陶瓷等非金属材料,通过实施导电处理(例如,通过在表面上形成导电性的金属覆膜)也可使用。而且,在主轴302的表面上期望实施用于减少与金属部304之间的摩擦力的表面处理,例如实施氟系的树脂涂敷。
主轴302除中实轴外,也可为中空轴或在中空部中填充有树脂的中实轴。此外,在旋转用的轴承中,主轴的横剖面基本上形成为圆形,但滑动
用的轴承的情况下,能够将横剖面形成为任意形状,除圆形外也能够形成多边形或非正圆形状。此外,在滑动用的轴承中,基本上主轴302的横剖面形状在轴向上恒定,但在旋转用的轴承或滑动用的轴承中,在轴的全长上,有时形成为非恒定的横剖面形状的形态。
主轴302的外周面精度直接影响后述的轴承间隙的精度,因此,需要事先高精度地完成正圆度、圆柱度、表面粗糙度等轴承功能上重要的表面精度。例如,在旋转用的轴承中,从避免与轴承面的接触的观点出发,重视正圆度,因此主轴207的外周面需要尽可能地提高正圆度。例如,期望制作到到后述的轴承间隙的平均宽度(半径尺寸)的八成以下。从而,例如在将轴承间隙的平均宽度设定为2μm的情况下,主轴的外周面期望制作到1.6μm以下的正圆度。
在主轴302的外周面上,如图20的散点表示,除了金属部304的形成预定部,实施遮盖。作为遮盖用的覆盖材料303,选择使用具有非导电性及对于电解质溶液具有耐腐蚀性的现有品。
电铸加工通过将主轴302浸渍于含有Ni或Cu等金属离子的电解质溶液中,并向电解质溶液通电,从而使目的金属析出在主轴302的表面而进行。电解质溶液中也可根据需要含有碳等滑动材料或糖精等应力缓和材料。电镀金属的种类根据轴承的轴承面需要的硬度、疲劳强度等物理性质、化学性质而适宜地选择。金属部304的厚度因为如果其厚度过厚,则从主轴302剥离的剥离性降低,如果过薄则轴承面的耐久性降低等相关,因此根据需要的轴承性能或轴承尺寸进而用途设定为最佳的厚度。例如,在轴径1mm~6mm的旋转用轴承中,优选形成为10μm~200μm的厚度。
经过以上的工序,如图20所示,由此在主轴302外周上形成圆筒状的金属部304。而且,在遮盖用的覆盖材料303薄的情况下,有时金属部304的两端向覆盖材料303侧挤出,并在内周面上形成锥状的倒角部。利用该倒角部,能够形成防止金属部从树脂部脱落的凸缘部。在本实施方式中,例示未形成倒角部的情况。
电铸轴301被输送至图21所示的注射成形工序,将金属部304及主轴302作为镶嵌部件而进行镶嵌成形。
在该注射成形工序中,电铸轴301如图21所示,将其轴向与模紧固
方向(图面的上下方向)平行地供给到由可动模306及固定模307构成的金属模内部。在固定模307中形成与主轴302的外径尺寸适合的定位孔309。将从前面工序输送来的电铸轴301的下端插入该定位孔309,进行电铸轴301的定位。在可动模306中,与定位孔309同轴地形成引导孔310。如果使可动模306向固定模307接近,并进行模紧固,则首先电铸轴301的上端插入引导孔310进行电铸轴301的定心,进而使他们靠近,在可动模306与固定模307接触的时刻完成紧固。
在本实施方式中,在图21所示的模紧固完成时,电铸轴301的下端与定位孔309的下端对接,金属部304的上端位于成形面的上端面之下,且金属部304的下端位于成形面的下端面之上。即,金属部304的轴向尺寸设定为小于成形面的轴向尺寸。在该状态下,经由直浇道312、流道313及浇口314向腔室308注射树脂材料,进行镶嵌成形。
在注射成形工序中使用的树脂材料使用含油树脂。作为含油树脂可使用例如在将润滑成分(润滑油或润滑油脂)分散保持在树脂中的状态下而固化(硬化)的含油树脂,作为其成分的树脂或润滑油、润滑油脂的种类可不被特别限定地采用。作为此种含油树脂的树脂成分的具体例,举出:超高分子量聚烯烃、聚苯硫醚、液晶聚合物等热可塑性树脂,另外作为润滑成分的具体例,举出:矿油、合成碳氢油、酯油等润滑油。此外,作为树脂使用热可塑性树脂,且作为润滑成分使用润滑油脂的情况下,优选采用具有比热可塑性树脂的熔点高的滴点的润滑油脂。这些树脂材料中也可根据需要加入强化材料(不管纤维状、粉末状等方式)或应力缓和材料等各种填充材料。
本发明能够使用的含油树脂并不限定于上述,例如也能够使润滑油含浸于通过在树脂材料中配合氯化钠或硫酸钠等水溶性添加剂,并在成形后浸渍于水,使添加剂溶融而得到多孔质树脂中使用。在此情况下,为不使含浸于内部的润滑油向周围漏出,除向轴承间隙供给润滑油的部分以外的表面期望事先进行封孔处理。作为封孔处理的方法,考虑向露出于表面的空孔内含浸树脂等,或者利用镍等金属电镀覆膜的形成等实现的表面涂敷等。除此以外,也可使用配合有含油的多孔质粒子的树脂。
开模后,脱模后的成形品如图22所示具有主轴302、金属部304、及
树脂部315构成为一体的构造。该成形品被输送到其后的剥离工序,分离为由金属部304及树脂部315构成的轴承305和主轴302。
在该剥离工序中,通过释放蓄积于金属部304的内部应力,使金属部304的内周面的直径扩大,并从主轴302的外周面剥离。内部应力的释放通过对主轴302或轴承305施加冲撞,或者通过在金属部304的内周面和主轴302的外周面之间施加轴向的加压力而进行。通过内部应力的释放,使金属部304的内周面的直径在半径方向上扩大,在金属部304的内周面与主轴302的外周面之间形成适当大小的间隙,由此能够从金属部304的内周面在轴向上平滑地拉拔主轴302,由此将成形品分离为由金属部304、及树脂部315构成的轴承305、和主轴302。而且,金属部304的扩径量例如能够通过改变金属部304的壁厚来控制。
在仅通过施加冲撞而无法将金属部304的内周充分扩径的情况下,将金属部304和主轴302加热或冷却,利用在两者间产生的热膨胀量差也能够将主轴302和轴承305分离。
在如此地形成的轴承305的内周插入单独制作的轴部件,并向轴承305的内周面与轴部件的外周面之间的轴承间隙中填充润滑油,由此完成轴承装置(省略图示)。
在本实施方式中,如图22所示,轴承305的内周面由金属部304的内周面304a和树脂部315的小径内周面315a形成,且金属部304的内周面304a作为轴承面311起作用。在注射成形后的固化时,树脂部315的小径内周面315a由于成形收缩而直径扩大地考虑树脂材料的组成或成形条件,由此能够在与主轴302的外周面之间形成微小的间隙。由此,可以容易地分离树脂部315和主轴302。只要微小间隙的宽度合适,则在轴承的内周插入有轴部件的轴承装置中,能够使树脂部315的小径内周面315a与轴部件的外周面间的微小间隙作为毛细管密封部起作用,有效地防止润滑油从轴承间隙流出。除此以外,也可在主轴302的分离后,由机械加工等形成小径内周面315a。
如此地,毛细管密封部除使树脂部315的小径内周面315a扩径外,也可以通过在与小径内周面315a相对的轴部件的外周面上形成小径外周面(省略图示)而构成。此外,如果将毛细管密封部形成为越靠近轴承间
隙侧越逐渐缩小间隙宽度的锥状密封部,则可更有效的防止润滑油的流出。
作为轴部件,也可使用主轴302。在该情况下,由在金属部304和主轴302的剥离工序中形成的金属部304的内周面与主轴302间的微小间隙作为轴承间隙起作用。该轴承间隙由电铸加工的特性可知具有余隙极小且高精度的特征,因此可提供具有高的旋转精度或滑动性的轴承。而且,如上所述,在置换为单独制作的轴部件而构成轴承的情况下,只要一次制作主轴302,则可以将其重复转用,因此可以抑制主轴302的制作成本,并实现轴承305的进一步低成本化。
由含浸有油的含油树脂构成的树脂部315的一部分朝向轴承间隙,因此在轴承装置305的工作(旋转、滑动、旋转滑动或摇动)时,从树脂部315渗出的油在轴承面311与轴部件的外周面间形成油膜。由此,足够的润滑油总是夹在轴承间隙,因此避免由于油不足导致的润滑不良所产生的杂音,和由于轴部件与轴承305的接触滑动引起的磨耗,并延长产品寿命。
此外,在树脂部315的小径内周面315a与大径内周面315b之间形成的阶梯部316通过与金属部304的上端及下端卡合,也可得到防止金属部的轴向的脱落的锚固效果。
本发明的第四实施方式并不限于上述。例如,调整利用电铸加工形成于主轴302的金属部304的轴向尺寸或金属模306、307的形状,由金属部304形成整个轴承305的内周面(参照图23)。在该情况下,由含油树脂构成的树脂部315不面向轴承间隙,但渗出的油绕过金属部304的上端或下端,到达轴承间隙,因此达到与上述同样的润滑效果。
此外,作为其他的例子,也可以在轴向上遮盖间隔的多个位置并进行电铸加工,在轴承305的内周面上具备在轴向上间隔的多个电铸面(参照图24)。根据该方法,因为能够仅在需要的部分(例如动压槽形成部分)形成电铸面,因此成本能够降低。此外,如果扩大含油树脂制的树脂部面向轴承间隙的面积,则容易供给油,得到更平滑的润滑效果。进而,因为轴承面311形成在轴向上间隔的多个位置,因此相对于力矩载荷的轴承钢性也提高。
如上所述,本发明的第一至第四实施方式所表示的轴承可作为在金属
部的内周面和轴部件的外周面之间的径向轴承间隙由流体的动压作用产生压力的动压轴承使用。该动压轴承例如可以由在轴部件的外周面上形成形成为人字形的动压槽、多圆弧面或台阶面等动压产生部,并使该动压产生部与金属部的正圆状内周面对置地构成。与此相反,也能够在金属部的内周面上形成动压产生部,在该情况下,金属部内周面的动压产生部可通过在主轴的外周面上形成与动压产生部的形状相对应的模并进行电铸加工而形成。然后,以相同的顺序进行轴承与主轴的分离,进而通过在轴承内周插入具有正圆状的外周面的轴部件而构成动压轴承。
此外,轴承装置的止推轴承部也可采用动压轴承。在该情况下,使用具有下端面的轴部件,例如在轴部件的下端面上形成具有螺旋形状的动压槽或台阶面等动压产生部,并通过使该动压产生部与轴部件的下端面相对的面例如金属部的内底面对置,构成止推轴承部。与此相反,也能够在金属部的内底面形成动压产生部。
以上说明的轴承装置例如可嵌入信息设备用的电动机中使用。以下,基于图25说明将轴承装置1作为上述电动机用的旋转轴支撑装置使用的一例。
如图25所示,该电动机1000例如作为HDD等磁盘驱动装置用的主轴电动机使用,并具备:旋转自如地非接触支撑轴部件2的轴承装置1;装配在轴部件2上的转子(盘毂)1003;例如经由半径方向的间隙相对的定子线圈1004及转子磁铁1005。定子线圈1004安装在托架1006的外周,转子磁铁1005安装在盘毂1003的内周。盘毂1003上保持一片或数片磁盘等盘D。如果向定子线圈1004通电,则由定子线圈1004与转子磁铁1005间的电磁力使转子磁铁1005旋转,由此,盘毂1003及保持于盘毂1003的盘D与轴部件2一体地旋转。
在该实施方式中,轴承装置1具备:轴承3、插入轴承3的内周的轴部件2、装配于轴承3的一端的止推板1007。图25中,作为轴承装置例示了图1所示的轴承装置1,但也可使用本发明的其他实施方式的轴承装置。在止推板1007的上端面上形成螺旋状地排列有多个动压槽的区域(止推轴承面)1007a作为止推动压产生部。在轴部件2旋转时,与构成轴部件2的外周面2a与轴承3的径向轴承面的金属部4的内周面4a的径向轴
承间隙间形成油膜,由此形成在径向上旋转自如地非接触支撑轴部件2的径向轴承部R。同时,在轴部件2的下端面2c与止推板1007的上端面1007a之间的止推轴承间隙,形成利用由动压槽产生的润滑油的动压作用而在止推方向上旋转自如地非接触支撑轴部件2的止推轴承部T。
本发明的轴承装置并不限定于以上的例示,也可合适地使用于光盘的光磁盘驱动用的主轴电动机等在高速旋转下使用的信息设备用的小型电动机或激光打印机的多边形扫描仪电动机等中的旋转轴支撑用。此外,也可适用于要求长寿命的风扇电动机。
在以上的说明中,例示了将轴承作为旋转轴支撑用的情况,但除此以外,轴承也能够适用于支撑与轴间的直线的相对滑动的滑动用的轴承,或支撑相对滑动和相对旋转的双方的滑动旋转用的轴承或者支撑轴的三维方向的运动的摇动用的轴承的任一个。
Claims (7)
1.一种轴承装置,其具备:
滑动轴承,其具有由电铸加工形成的金属部、及将该金属部镶嵌于内周而成形的树脂部;
轴部件,其插入滑动轴承的内周,且
在滑动轴承的内周面与轴部件的外周面之间形成有轴承间隙,所述轴承装置的特征在于,
具有向轴承间隙供给油的补油机构,该补油机构设置于所述树脂部的在轴向上与所述金属部邻接的内周面。
2.根据权利要求1所述的轴承装置,其中,
所述补油机构是与轴部件接触的积油部。
3.根据权利要求1所述的轴承装置,其中,
所述补油机构是补油部件。
4.根据权利要求3所述的轴承装置,其中,
所述补油部件与轴部件接触。
5.一种轴承装置,其具备:
滑动轴承,其具有由电铸加工形成的金属部、及将该金属部镶嵌于内周而成形的树脂部,且一体或单独具有侧部及底部;
轴部件,其插入滑动轴承的内周,在前端具有凸球面部,
在金属部的内周面与轴部件的外周面之间形成有轴承间隙,由所述滑动轴承的底部来接触支撑轴部件的凸球面部,所述轴承装置的特征在于,
在金属部的内周面和轴部件的凸球面部的径向之间形成有积油部。
6.一种轴承装置,其具备滑动轴承和轴部件,所述滑动轴承由电铸加工形成的金属部和将该金属部镶嵌于内周而成形的树脂部构成,所述轴部件插入到所述滑动轴承的内周,在所述金属部的内周面与所述轴部件的外周面之间形成有轴承间隙,
所述滑动轴承的内周面的至少一部分由所述金属部形成,且所述树脂部由将润滑成分分散保持于树脂中的状态下而固化的含油树脂形成,
从所述树脂部渗出的润滑成分供给到所述轴承间隙间。
7.一种电动机,其中,具备:
权利要求1~6中任一项所述的轴承装置、定子线圈和转子磁铁。
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