CN102878214B - 轴承装置、电动机和轴承装置的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种轴承部件和其制造方法、及具备轴承部件的轴承装置和其制造方法,通过低成本地设置高精度的异径间隙,实现轴承性能和密封性能的提高。将与电铸部(4)的内周面(4a)之间具有台阶的成形部(5)的内周面(5a)模仿包覆靠模(8)的表面的非导电性覆膜(9)成形。伴随非导电性覆膜(9)的除去,在内周露出的成形部(5)的内周面(5a)和轴部件(2)的外周面(2a)之间形成比轴承间隙(6)大径的半径方向间隙(7)。如下制造在与轴部件(2)之间形成该轴承间隙(6)及半径方向间隙(7)的轴承部件(3),即,对在靠模(8)表面的局部形成有非导电性覆膜(9)的靠模(8)进行电铸加工,形成电铸部(4),其次,在将靠模(8)表面的电铸部(4)及非导电性覆膜(9)插入到腔(15)内的状态下进行轴承部件(3)的注射成形,之后将非导电性覆膜(9)从轴承部件(3)除去。
Description
本申请是申请日为2006年9月5日、申请号为2006800339724、名称为“轴承部件和其制造方法、及具备轴承部件的轴承装置和其制造方法”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及轴承部件和其制造方法。另外,本发明涉及具备轴承部件和在与该轴承部件的内周面之间形成轴承间隙的轴的轴承装置和其制造方法。
背景技术
这种轴承部件作为如下轴承部件优选地使用,即,利用在成为电铸部成形母体的靠模表面析出的面模仿靠模表面的面精度而可高精度地形成这一情况,由该电铸部的析出面构成轴承面。
例如,特开2003-56552号公报(专利文献1)中提案有将电铸部作为插入部件一体地模成形的轴承部件及具备该轴承部件的轴承装置。该轴承部件的特征在于,在成为电铸部的成形母体的靠模轴的非导电性遮蔽部以外的区域析出成形作为电铸壳的圆筒状的电铸部,将该电铸部作为插入部件由树脂对轴承部件进行模成形,之后将轴承部件的电铸部自靠模轴分离,由此,可将成为分离面的电铸部的内周面直接作为轴承面使用。根据该轴承部件,由于作为电铸壳的电铸部的内周面形成轴承部件的轴孔,故正圆度及内径尺寸精度高且滑动性也良好,可使与插入轴孔的轴部件之间的余隙极小,从而可进行精密的旋转、滑动或滑动旋转。
另外,最近如特开平10-246223号公报(专利文献2)中所示,已知实现材料成本及加工成本的降低,通过树脂形成轴承部件的结构。
专利文献1:特开2003-56552号公报
专利文献2:特开平10-246223号公报
在利用上述方法形成的轴承部件中,由于电铸部和靠模轴的分离伴随残留应力的释放而进行,因此,分离后的靠模轴的外周面和电铸部的内周面之间的间隙在轴向为均匀宽度。目前,由于电铸部在轴承部件的轴向全长形成,故在上述方法中,在轴承部件的内周面和轴承部件的外周面之间,只在轴承部件的全长得到均匀宽度的间隙。
但是,根据对于轴承的要求特性,有时也寻求局部不同的宽度的间隙。例如为防止油泄漏等,而在轴承部件的端部形成密封空间的情况下、或在两个轴承面之间形成避让部及油槽的情况下,需要在轴承部件的内周面和轴部件的外周面之间形成宽度比轴承间隙大的间隙。
这样,半径方向尺寸与轴承间隙不同的间隙(异径间隙)即使在例如对电铸部的内周面实施后加工使其内径尺寸扩大也能够得到,但由于电铸部的厚度通常为1mm以下,故考虑精度方面及成本方面是不实用的。
如上所述,若为由树脂形成轴承部件的情况,则内周面的微小台阶可通过在模具上预先形成与这样的台阶对应的部分来成形,但该情况下模具的加工成本也增大,故不优选。
发明内容
本发明是鉴于以上情况而构成的,其技术课题在于,通过以低成本地设置高精度的异径间隙,实现轴承性能及密封性能的提高。
为解决上述课题,本发明提供一种轴承部件,其具备电铸部和与电铸部一体形成的成形部,且在电铸部的内周面形成有支承轴部件的轴承面,其特征在于,内周面由成形部的内周面和电铸部的内周面形成,且成形部的内周面为相对于电铸部的内周面具有台阶的成形面(权利要求1)。
这样,根据本发明,由于轴承部件的内周面由成形部的内周面和电铸部的内周面形成,故与轴部件的外周面之间的间隙不仅在与电铸部的内周面之间形成,而且还在与成形部的内周面之间形成。此时,成形部的内周面相对于电铸部的内周面具有台阶,由此可在成形部的内周面和轴部件的外周面之间形成异径间隙。另外,由于可高精度地得到通过电铸加工形成的电铸部的内周面,并且以成形部的内周面为成形面,从而也可以高精度地得到成形部的内周面。因此,可高精度地得到形成于这些内周面和轴部件的外周面之间的异径间隙。
上述构成的轴承部件可作为如下轴承装置被提供,即,例如具备该轴承部件和插入轴承部件的内周的轴部件,且在成形部的内周面和轴部件的外周面之间形成有半径方向的间隙(权利要求3)。该情况下,可利用所述半径方向的间隙形成密封空间(权利要求4)。另外,也可以利用所述半径方向的间隙形成避让部(权利要求5)。
另外,作为异径间隙的形状,考虑电铸部和成形部中某一方的内周面配置于另一方的内周面的轴向两侧的构成(权利要求2)。例如在通过上述半径方向的间隙形成密封空间的情况下,优选将成形部的内周面配置于电铸部的内周面的轴向两侧,在轴承装置的轴向两端形成所述半径方向的间隙。另外,在由所述半径方向的间隙形成避让部的情况下,优选将电铸部的内周面配置于成形部的内周面的轴向两侧,在多个轴承面间形成所述半径方向的间隙。当然,作为本发明的异径间隙,不限于上述示例的构成,可采用各种形态。
另外,为解决上述课题,本发明提供一种轴承部件的制造方法,其特征在于,在制造电铸部具有轴承面的轴承部件时,使用表面的一部分形成有非导电性覆膜的靠模进行电铸加工,其次,在插入了靠模表面的电铸部及非导电性覆膜的状态下进行注射成形,之后进行非导电性覆膜的除去(权利要求6)。另外,本发明中的“电铸加工”包含电解镀敷加工或无电解镀敷加工、或基于它们的组合的加工。在此所说的无电解镀敷加工是指不使用电气而通过添加到金属盐的水溶液中的还原剂的作用进行金属析出的方法。
要形成具有电铸部的内周面和相对于电铸部的内周面具有台阶的成形部的内周面的轴承部件的内周面,例如在使用带台阶的轴状的靠模作靠模轴时,成形品的内周面形状基本上依赖于靠模轴的内周面形状,因此,内周面形状的自由度降低。另外,每次变更形状及变更尺寸都耗费加工靠模轴的时间,这成为高成本化的主要原因。
与之相对,若使用由非导电性覆膜包覆了表面的一部分的靠模轴进行电铸加工,接着,在包含电铸部及非导电性覆膜而插入靠模轴进行注射成形后,进行靠模轴的分离及非导电性覆膜的除去,则可得到不依赖靠模的表面形状的轴承部件的内周面,因此,可提高其形状自由度。
特别是在轴承部件具有电铸部和成形部中某一方的内周面配置于另一方的内周面的轴向两侧的构造的情况下,在前者的方法(使用带台阶的靠模的方法)中,在注射成形后将靠模轴分离时,靠模轴外周面的台阶部和轴承部件内周面的台阶部在轴向干涉。因此,可能因台阶尺寸而不能分离,但根据本发明的后者的方法,由于靠模的直径均匀,故可排除这种干涉,能够可靠地分离靠模和轴承部件。
另外,由于(特别是轴的部分)使用均匀直径的材料作为靠模,故可实现制作成本的低廉化。由于非导电性覆膜只要形成于靠模的表面即可,故其控制与在内周面实施高精度的加工的情况相比也比较容易,从而可实现更进一步的低成本化。
作为非导电性覆膜向靠模表面的形成方法,例如以旋涂法为主,可使用通用的涂敷法。另外,除此之外,可使用通过喷墨法等将液滴状的微量墨滴向靠模表面供给,并由这样的墨滴的集合体形成覆膜的方法。作为适于非导电性覆膜的材料,考虑其作业工序,优选选择使用耐镀敷性(相对于电解质溶液的耐性)及耐环境性、耐热性、对溶剂的溶解性等优良的树脂材料。
另外,对树脂部的内周面进行成形的材料不需要是用于遮蔽靠模表面的非导电性覆膜,只要在树脂部的成形后能够除去即可。因此,作为形成异径间隙的方法,也考虑如下的方法,即,在制造电铸部具有轴承面的轴承部件时,在使用表面的一部分形成有非导电性覆膜的靠模进行电铸加工后,将非导电性覆膜除去,并且在除去区域的局部或整体上形成树脂层,其次,在插入了靠模表面的电铸部及树脂层的状态下进行注射成形,之后,进行树脂层的除去(权利要求7)。该情况下,作为非导电性覆膜用的材料,主要是满足耐镀敷性的材料即可,作为树脂层用的材料,只要是耐热性优良且容易被溶剂溶解的材料即可。由此,可使用的材料的选择幅度宽,可选择使用更廉价的材料。
另外,为解决上述课题,本发明提供一种轴承装置,其具备由树脂形成内周面的至少一部分的轴承部件和相对旋转自如地插入轴承部件的内周且在与对置的轴承部件的内周面之间形成轴承间隙的轴,其特征在于,轴承部件的树脂部由液晶聚合物构成,通过树脂部的成形收缩在轴和树脂部之间形成微小间隙(权利要求8)。另外,在此所说的液晶聚合物不仅是液晶聚合物单体,而且还包含以液晶聚合物为基体树脂且在其中配合了由金属或无机物等组成的充填剂的材料。
液晶聚合物通常在以熔融状态充填于模具内时显示出沿模具内壁高的取向性,因此,在该成形体的表层部,形成被称为表皮层的高取向层,另一方面,在自模具内壁分离的部位,形成被称为核心层的随机取向层。其结果是,液晶聚合物的成形体显示出与其它树脂材料不同的特有的成形收缩举动,例如在成形为套筒状时,成形体的外周面向内径侧后退,并且内周面向外径侧后退(扩径)。
本发明是着眼于由液晶聚合物形成树脂部时产生的上述的成形收缩举动而立项的,其特征在于,通过使与轴对置的树脂部的内周面(成形面)后退,在轴和树脂部之间形成微小间隙。
根据这样的构成,由于例如在树脂部的成形时一起形成内周面的微小台阶,故成形后不实施微细加工等机械加工也能形成与轴承间隙不同的尺寸的间隙(异径间隙)。另外,由于不必对轴承部件的内周面实施后加工,故能够极力地防止切粉的产生。因此,可将这些加工工序或清洗工序大幅度简化,实现低成本化。另外,对于用于树脂部的成形的模具,通过利用液晶聚合物的成形收缩形成所述微细台阶等,可将这样的模具形状简化,这是经济的。或对于微小间隙的尺寸及形成位置的要求,可通过变更最小限的模具形状来进行对应。
轴和树脂部之间的微小间隙例如可在轴承部件的两端部的至少之一形成(权利要求9),该情况下,微小间隙作为充填于轴承间隙的流体的密封空间起作用。
另外,例如可将多个轴承间隙在轴向隔开形成,所述微小间隙在邻接的轴承间隙之间作为间隙宽度比轴承间隙大的微小间隙形成(权利要求10)。该情况下,微小间隙作为相对于轴承间隙的避让部起作用。由此,不仅可得到高的力矩刚性,而且可得到尽可能小地抑制了损失转矩及滑动摩擦的轴承装置。
轴承部件例如可以以筒状的金属部为插入部件进行模成形(权利要求11)。该情况下,通过由树脂形成轴承部件的大部分,可实现材料成本的降低化,且通过由金属形成具有轴承间隙的轴承部件的内周面,可改善与轴的外周面滑动的轴承面的耐磨损性。
所述金属部例如可通过电铸加工形成(权利要求12)。该情况下,由于使用的靠模轴可以具有均匀直径,故不会强行拔出靠模轴,可得到具有高的形状精度的金属部的内周面。另外,若为通过电铸加工形成的金属部,则与通过对金属原材料实施机械加工或塑性加工而形成的金属部相比,形状的自由度增大,因此可容易地控制这样的微小间隙的形状及位置。
另外,为解决上述课题,本发明提供一种轴承装置,其具有由电铸部及保持电铸部的保持部构成的轴承和插入轴承内周的轴部件,且在电铸部设置有与轴部件的外周面对置的轴承面,其特征在于,在轴部件上设置有小径部和大径部,并且在保持部设置有由轴部件的大径部成形的成形面,并使电铸部的轴承面及所述保持部的成形面分别与轴部件的小径部外周面对置(权利要求13)。
另外,为解决上述课题,本发明提供一种轴承装置的制造方法,其特征在于,在制造具有由电铸部及保持电铸部的保持部构成的轴承和插入轴承内周的轴部件,且在电铸部设置有与轴部件的外周面对置的轴承面的轴承装置时,以具有小径部和大径部的轴部件中至少小径部为靠模,形成电铸部,之后,通过以轴部件的至少大径部为内模的注射成形,对保持电铸部的保持部进行成形,之后,将轴部件自电铸部及保持部分离,使分离后的轴部件的小径部的外周面与由轴部件的大径部成形的保持部的成形面对置(权利要求16)。
这样,在本发明中,使由轴承部的大径部成形的保持部的成形面与轴部件的小径部外周面对置。该成形面和轴部件的小径部外周面之间的微小间隙的间隙宽度比轴承面和轴部件之间的轴承间隙大,因此,可保持大量的润滑油。因此,该微小间隙实现作为将油供给于轴承间隙的油槽的功能,可避免润滑油不足造成的不良情况。另外,微小间隙实现将伴随充填于轴承间隙的润滑油的温度变化而产生的容积变化量吸收的缓冲作用,从而可防止因轴承装置的使用环境的高温化而膨胀的润滑油漏出到轴承外部。
另外,该微小间隙通过在保持部的注射成形工序中使以轴部件的大径面为内模而成形的成形面和轴部件的小径部外周面对置而形成。即,在从通过注射成形而一体成形的电铸部、保持部及轴部件分离轴部件后,只是使轴部件在轴向移动即可形成所述的微小间隙,因此,不需要其它部件及其它工序,从而可低成本地形成油槽。
另外,当在轴承的内周面的端部设置这样的微小间隙(权利要求14)时,该微小间隙作为密封空间起作用,也能够防止润滑油向外部漏出。
另外,为解决上述课题,本发明提供一种轴承装置,其具备轴承部件和轴,所述轴承部件具备内周具有轴承面的电铸部及与电铸部一体形成的模成形部,所述轴插入轴承部件的内周且在与轴承面之间形成轴承间隙,所述轴承装置的特征在于,还具备锥状的密封空间,所述锥状的密封空间在轴承外部侧与轴承间隙连通,且其半径方向尺寸朝向轴承外部侧逐渐扩大(权利要求17)。
根据这样的构成,在将润滑油充满轴承内部空间而使用时,若以某种理由,轴承内部的润滑油要漏出到轴承外部,则位于比轴承间隙靠轴承外部侧的锥状密封空间中的润滑油向径向尺寸因毛细管力而缩小的方向(轴承内部方向)受到拉入力。由此,在使用轴承装置时,可防止润滑油的漏出,可确保高的清洁度。
另外,根据上述构成,在与对置的轴的外周面之间形成容积比轴承面和轴的外周面之间的径向间隙(轴承间隙)大的空间(密封空间)。由此,可将这样的密封空间作为一种油槽使用,可将润滑的流体稳定地向轴承间隙供给。特别是在这种轴承装置中,虽然与具有烧结金属制的轴承部件的轴承装置相比,补油性能劣化的部分是不能否定的,但通过如上那样设置锥面,可解决该问题。因此,通过同时实现由电铸部形成轴承面带来的轴承面的形状精度的提高和保油量的增大,可长期间稳定地发挥高的轴承性能。
密封空间除由设于轴外周的锥面和与之对置的轴承部件的内周面构成之外,也可以由设于电铸部内周的锥面和与之对置的轴的外周面构成(权利要求18),或者也可以由设于模成形部内周的锥面和与之对置的轴的外周面构成(权利要求19)。特别是在后者的情况(在轴承部件侧设置锥面的情况)下,可将锥面通过电铸加工与电铸部一体且同时地形成、或通过模成形加工与模成形部一体且同时地形成。因此,与将锥面与电铸部及模成形部分体形成的情况相比,可简化加工工序而降低制造成本。
如上所述,根据本发明,能够低成本地设置高精度的异径间隙,由此,可实现轴承性能及密封性能的提高。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的轴承装置的一构成例的剖面图;
图2是形成有非导电性覆膜的靠模的立体图;
图3是具有非导电性覆膜的电铸轴的立体图;
图4是概念性表示轴承部件的模成形工序之一例的图;
图5是形成有树脂覆膜的电铸轴的立体图;
图6是表示电铸轴的第一变形例的要部放大图;
图7是由第一变形例的电铸轴形成的轴承装置的要部放大图;
图8是表示电铸轴的第二变形例的要部放大图;
图9是由第二变形例的电铸轴形成的轴承装置的要部放大图;
图10是表示轴承装置的第三变形例的剖面图;
图11是表示具备轴承装置的电动机的一构成例的剖面图;
图12是表示本发明第二实施方式的轴承装置的一构成例的剖面图;
图13是概念性表示轴承部件的模成形工序之一例的图;
图14是模式性表示图13的A-A截面的树脂部的成形收缩的图;
图15是表示轴承装置的第一变形例的剖面图;
图16是表示轴承装置的第二变形例的剖面图;
图17是表示轴承装置的第三变形例的剖面图;
图18是表示具备轴承装置的电动机的一构成例的剖面图;
图19是表示用于树脂部的收缩试验的试验片的剖面图;
图20是表示本发明第三实施方式的轴部件之一例的立体图;
图21是表示在带台阶的靠模上形成了电铸部的电铸轴之一例的立体图;
图22是概念性表示轴承的模成形工序之一例的图;
图23是将轴承和轴部件一体成形而成的轴承的剖面图;
图24是表示第三实施方式的轴承装置的一构成例的剖面图;
图25是表示轴承装置的第一变形例的剖面图;
图26是表示轴承装置的第二变形例的剖面图;
图27是表示轴承装置的第三变形例的剖面图;
图28是表示具备轴承装置的电动机的一构成例的剖面图;
图29是表示本发明第四实施方式的轴承装置的一构成例的剖面图;
图30是形成有遮蔽部的靠模的立体图;
图31是电铸轴的立体图;
图32是概念性表示轴承部件的模成形工序的图;
图33是表示轴承装置的变形例的剖面图。
符号说明
1、51 轴承装置
2、52 轴部件
3、53 轴承部件
4、54 电铸部
5、55 成形部
6、56 轴承间隙
7、27、37、57 半径方向间隙(异径间隙)
8 靠模
9、29、39 非导电性覆膜
19 树脂层
101、121、131、141、151 轴承装置
102、122、132、152 轴
103、123、133、143、157 轴承部件
104、134 金属部
105、125、145、158 树脂部
105a、125a 第一内周面
106 轴承间隙
107、127、148、159、160 微小间隙
201 轴部件
201a大径部外周面
203电铸部
204电铸轴
205轴承
206保持部
206a 成形面
215微小间隙
301、321轴承装置
302、322轴
303、323轴承部件
304、324电铸部
305、325树脂部
306、326、327锥面
307、330轴承间隙
308、328、329密封空间
321锥部
C1、C2、C3、C4、C5、C11、C12、C13间隙宽度
R1、R2、R3径向轴承部
T1、T2、T3推力轴承部
具体实施方式
下面,基于图1~图11说明本发明的第一实施方式。
图1表示第一实施方式的轴承装置1之一例。图1中,轴承装置1具备轴部件2、可将轴部件2插入内周的轴承部件3。其中,轴承部件3由电铸部4和成形部5构成,将电铸部4作为插入部件由树脂材料一体注射成形。
轴承部件3的内周面中除轴向两端外的区域由电铸部4的内周面4a形成。电铸部4的内周面4a与对置的轴部件2的外周面2a之间形成有间隙宽度C1的轴承间隙6。另外,如后述,位于轴向两端且与内周面4a一起构成轴承部件3的内周面的第二成形面5a、5a模仿非导电性覆膜9的外表面(成形面9a1)成形,相对于电铸部4的内周面4a具有台阶。第二成形面5a在该实施方式中为直径一定的圆筒面,在其与对置的轴部件2的外周面2a之间形成有半径方向间隙7。半径方向间隙7的间隙宽度C2比轴承间隙6的间隙宽度C1大。
半径方向间隙7在该实施方式中为充满了轴承内部的润滑油的密封空间,在由润滑油充满了轴承间隙6的状态下,润滑油的油面始终维持在轴向两端的密封空间(半径方向间隙7、7)内。另外,图1所示的轴承间隙6及半径方向间隙7与轴部件2及轴承部件3相比都是微小的,但图1中,为了便于理解形状,与轴部件2的径向尺寸相比,将轴承间隙6的间隙宽度C1及半径方向间隙7的间隙宽度C2较大(夸张)地描绘。
上述构成的轴承装置1中,轴部件2相对旋转时,充满轴承间隙6的润滑油形成油膜,经由这样的油膜将轴部件2相对于轴承部件3沿径向方向相对旋转自如地支承。此时,由于成为密封空间的半径方向间隙7与轴承间隙6的大气开放侧邻接形成,故可防止伴随轴承部件2的相对旋转而产生的润滑油自轴承间隙6漏出到轴承外部的情况,从而可将润滑油保持于轴承内部。
下面,以轴承部件3的制造工序为中心来说明轴承装置1的制造工序之一例。
轴承部件3经由如下工序制造:通过电铸加工在使用的靠模8的表面形成非导电性覆膜9的工序;对形成有非导电性覆膜9的靠模8进行电铸加工而形成电铸部4的工序;以具有电铸部4及非导电性覆膜9的靠模8为插入部件进行轴承部件3的模成形(插入成形)的工序;将电铸部4和靠模8分离的工序;从轴承部件3除去非导电性覆膜9的工序。
作为电铸部4的成形母体的靠模8在该实施方式中为轴状,例如用进行了淬火处理的不锈钢形成为截面轮廓正圆状且在轴向上直径均匀。作为靠模8的材料,除不锈钢以外,只要是例如铬类合金或镍类合金等具有遮蔽性、导电性、耐药品性的材料,则可以任意选择金属、非金属。
靠模8除实心轴之外,也可以是中空轴或在中空部充填了树脂的实心轴。另外,靠模8的外周面精度直接左右成为轴承面的电铸部4的内周面4a的面精度,故期望尽可能高精度地加工。
靠模8的表面中除电铸部4的形成预定区域外的区域形成有用于进行遮蔽的非导电性覆膜9。另外,非导电性覆膜9在该实施方式中用于对成形部5的第二成形面5a进行成形且在其与轴部件2的外周面2a之间形成半径方向间隙7。因此,如图2所示,形成于靠模8的表面上的非导电性覆膜9中与成形部5的第二成形面5a对应的部位(成形部9a)与其它部位相比形成为厚壁。
作为在靠模8的表面形成非导电性覆膜9的方法,可使用各种方法,例如可例举旋涂法。另外,除此以外还考虑通过喷墨法等向靠模表面供给液滴状的微量墨水、由这样的微量墨水的集合体形成非导电性覆膜9的方法等。上述的方法中,前者是在短时间内形成均等厚度的覆膜的优良方法,与之相对,后者是形成微小且复杂的形状的覆膜的优良方法。因此,优选对应要形成的非导电性覆膜9的形状来分开使用上述方法。
作为形成非导电性覆膜9的材料,绝缘性(非电解析出性)自不必说,优选相对于电解质溶液具有耐腐蚀性、进而优选相对于后述的成形部5的成形温度具有耐久性(耐热性)及相对于溶剂具有易溶度(溶解性)等的材料,作为一例,例举例如醋酸乙烯树脂或乙基纤维素、乙酰丁基纤维素、虫胶(天然树脂)等。
电铸加工通过将靠模8浸渍到含有Ni或Cu等金属离子的电解质溶液中,对电解质溶液进行通电,使目的金属电解析出到靠模8的表面中除非导电性覆膜9外的区域(外周面8a的露出区域)而进行。电解质溶液中,根据需要也可以含有碳等滑动材料、或糖精等应力缓解材料。析出金属的种类根据轴承的轴承面所要求的硬度、疲劳强度等物理性质、或对润滑油的耐性(耐油性)等所需要的特性适宜选择。另外,有关上述的电解质溶液的说明与后述的第二~第四实施方式中使用的电解质溶液是相同的。
经由以上的工序,如图3所示,制作在靠模8表面的非导电性覆膜9形成区域以外的区域形成有电铸部4的电铸轴10。在该阶段,电铸轴10成为在靠模8的外周面8a的轴向局部区域形成圆筒状的电铸部4、且与电铸部4的轴向两端邻接而形成非导电性覆膜9的成形部9a的形态。另外,就电铸部4的厚度而言,若过薄,则带来轴承面(内周面4a)的耐久性降低等,若过厚则从靠模8的剥离性可能降低,因此,根据所要求的轴承性能及轴承尺寸、进而用途等来设定在最佳的厚度、例如10μm~200μm的范围。
经由上述工序制作的电铸轴10作为插入部件被供给配置到对轴承部件3进行插入成形的成形模内。
图4是概念性表示轴承部件3的插入成形工序的图,在由可动模11及固定模12构成的模具上设置横浇道13及浇口14和腔15。浇口14在图4所示的例子中为点状浇口,沿圆周方向等间隔地在成形模具的与成形部5的轴向一端面对应的位置设置多个。各浇口14的浇口面积对应于充填的熔融树脂的粘度及成形品的形状设定为适宜的值。
在上述构成的模具中,以定位配置了电铸轴10的状态使可动模11靠近固定模12进行合模。此时,形成于电铸轴10(靠模8)表面的电铸部4及非导电性覆膜9都位于腔15内。接着,在合模后的状态下,经由直浇道(省略图示)、横浇道13及浇口14向腔15内注射、充填熔融树脂P,将成形部5与电铸轴10一体成形。
由此,成形部5被成形为与设于模11、12内的腔15一致的形状。另外,成形部5的内周面中位于电铸部4的外径侧的区域由电铸部4的外周面4b成形(第一成形面5b)。另外,成形部5的内周面中位于电铸部4的轴向两端侧的区域模仿形成腔15的一部分的非导电性覆膜9的成形面9a1成形(第二成形面5a、5a)。
作为熔融树脂P,例如可使用液晶聚合物(LCP)、聚苯硫醚(PPS)树脂、聚缩醛树脂、聚酰胺树脂等结晶性聚合物、及聚亚苯基砜(PPSU)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)等非晶性树脂。当然,这些只不过是一例,适合轴承的用途及使用环境的树脂材料可任意选择。根据需要,也可以添加强化材料(纤维状、粉末状等形态都可以)及润滑剂、导电化剂等各种充填材料。
开模后,将靠模8、非导电性覆膜9、电铸部4、及成形部5成为一体的成形品自模11、12脱模。该成形品在之后的分离工序中被分离成由电铸部4和非导电性覆膜9及成形部5构成的二次成形品、和靠模8。
在分离工序中,例如通过对靠模8或电铸部4施加冲击,将电铸部4的内周面4a从靠模8的外周面8a剥离。由此,靠模8从轴承部件3(电铸部4)被拉出。
另外,作为电铸部4的分离方法,除上述方法以外,例如可使用加热(或冷却)电铸部4和靠模8,在两者间产生热膨胀量差的方法、或并用两方法(冲击或加热)的方法等。
将电铸部4自靠模8分离后,利用溶剂将残留于电铸部4的轴向两端内周的非导电性覆膜9溶解。由此,将非导电性覆膜9除去,得到作为完成品的轴承部件3。另外,伴随非导电性覆膜9的除去,成形部5的第二成形面5a成为在轴承部件3的内周露出的状态。
通过在如上那样形成的轴承部件3的内周插入与拉出后的靠模8分体制作的轴部件2,完成图1所示的轴承装置1。该情况下,在第二成形面5a和轴部件2的外周面2a之间形成的半径方向间隙7的径向间隙宽度C2比电铸部4的内周面4a和轴部件2的外周面2a之间的轴承间隙6的径向间隙宽度C1大非导电性覆膜9的成形部9a的径向厚度的量。
这样,在靠模8的表面形成了非导电性覆膜9的状态下,形成电铸部4,且在之后的成形部5(轴承部件3)的插入成形中,由非导电性覆膜9的成形面9a1将成形部5的第二成形面5a成形,通过除去非导电性覆膜9,可形成经由台阶与电铸部4的内周面4a邻接的成形部5的内周面5a。另外,可形成在轴向与轴部件2的外周面2a和电铸部4的内周面4a之间的轴承间隙6邻接且使其半径方向的间隙宽度不同(C1<C2)的半径方向间隙7。因此,通过适宜调节非导电性覆膜9的成形部9a的形状,可不受靠模8的表面形状限定地、将在包含电铸部4的内周面4a的轴承部件3的内周面和插入内周的均匀直径的轴部件2的外周面2a之间形成的径向的间隙形成为自由的形状。
另外,不需要将靠模8的外周面8a的形状(表面形状)作成与半径方向间隙7对应的形状,如上述实施方式所述,是直径一定的圆筒面形状即可。因此,不会在拉出靠模8时强行地拉出,可防止成为轴承面的电铸部4的内周面4a的损伤。
另外,根据该实施方式的轴承装置1,由于高精度地形成电铸部4的内周面4a,故即使较小(数μm左右)设定形成于其和轴部件2的外周面2a之间的轴承间隙6,也能够得到高的轴承性能(振动精度等)。因此,例如若为半径方向间隙7的间隙宽度C2相对于轴承间隙6的间隙宽度C1之比为3≤(C2/C1)≤50的尺寸的半径方向间隙7,则可发挥高的密封性、并且可发挥防尘性(阻止异物自外部的侵入),故优选之。
以上说明了本发明第一实施方式的轴承装置1及其制造工序之一例,但本发明不限于上述说明。
上述的例子中,对在表面形成有非导电性覆膜9的靠模8上形成电铸部4,将具有这样的非导电性覆膜9及电铸部4的电铸轴10作为插入部件,注射成形成形部5(轴承部件3),并且由非导电性覆膜9的成形面9a1成形第二成形面5a的情况进行了说明,但也可以采用其以外的方法。例如图5所示,在表面形成有非导电性覆膜9的靠模8的外周面8a析出形成电铸部4之后,将非导电性覆膜9除去,在该非导电性覆膜9的一部分除去区域形成由与非导电性覆膜9的材料不同的材料构成的树脂层19,然后,在将形成有树脂层19的电铸轴20作为插入部件(将电铸部4及树脂层9插入到腔15内的状态下)来成形成形部5(轴承部件3),之后将树脂层19除去。该情况下,模仿树脂层19的表面19a成形成形部5的第二成形面5a。
根据这样的方法,非导电性覆膜9用的材料不需要考虑注射成形时的耐热性及粉末除去时的流动性(向内周流入的容易度),另一方面,树脂层19用的材料也不用考虑电铸时的耐腐蚀性等。因此,由于各覆膜9、19可使用的材料的选择幅度大,故可使用更廉价的材料。例如,树脂层19可使用即使是丙酮等通用的溶剂也能够溶解的醋酸乙烯树脂、乙酰丁基纤维素、乙酰纤维素等树脂。
另外,上述例子中,表示了将非导电性覆膜9的形状特别是成形部9a的形状作成膜厚一定的情况,但当然也可以是其以外的形状。图6表示其第一变形例,将在外周形成有电铸部4的靠模8的要部放大表示。图6中,形成于靠模8表面的非导电性覆膜29具有径差,由其大径侧部在轴向与电铸部4邻接。通过将设有这样的形状的非导电性覆膜29的电铸轴作为插入部件成形成形部5(轴承部件3),如图7所示,在成形部5的内周分别成形模仿非导电性覆膜29的大径侧成形面5d的形状的大径侧内周面5c、和模仿形检测成形面29b的形状的小径侧内周面5d。其中,大径侧内周面5c在其与在轴向邻接的电铸部4的内周面4a之间具有台阶。由此,在轴承部件3的内周插入了轴部件的状态下,在大径侧内周面5c及小径侧内周面5d、和对置的轴部件2的外周面2a之间形成使间隙宽度在轴向不同(C3>C4)的半径方向间隙27。
该情况下,在半径方向间隙27的间隙宽度C3的区域,保持较多的润滑油,并且半径方向间隙27的间隙宽度C4的区域作为密封空间起作用。因此,即使不持续地向轴承内部供给润滑油,也可以向由电铸部4的内周面4a构成的轴承面或轴承间隙6持续供给润滑的润滑油,从而可长期稳定地使用这样的轴承装置。
图8表示可形成于靠模8的表面的非导电性覆膜9的第二变形例。图8中的非导电性覆膜39成为使其膜厚在轴向逐渐增大的所谓的锥面形状,在其薄壁侧(小径侧)与电铸部4邻接。通过将设有这样的形状的非导电性覆膜39的电铸轴作为插入部件来成形成形部5(轴承部件3),如图9所示,在成形部5的内周成形模仿非导电性覆膜39的锥状成形面39a的形状的锥状内周面5e。锥状内周面5e的下端侧(小径侧)在其与轴向邻接的电铸部4的内周面4a之间具有台阶。由此,在轴承部件3的内周面插入了轴部件2的状态下,在锥状内周面5e和对置的轴部件2的外周面2a之间形成使间隙宽度C5朝向轴向上方逐渐放大的半径方向间隙37。
该情况下,在半径方向间隙37,毛细管力产生密封作用。因此,可由半径方向间隙37发挥与图1所示的直径一定的密封空间相比更高的密封功能。
另外,在上述例子中,按照在轴承部件3的轴向两端形成半径方向间隙7、27、37的方式在靠模8表面形成了非导电性覆膜9、29、39,但也可以在其以外的部位形成。例如,将规定膜厚的非导电性覆膜9预先形成于与轴承部件3的轴向中央对应的部位,并在该状态下实施电铸加工。由此,如图10所示,在多个电铸部4间,可形成直径比电铸部4的内周面4a大的内周面5a作为成形部5的成形面。因此,可得到在轴向隔开形成的多个(该图示例中为2个)轴承间隙6(间隙宽度C1)之间形成有作为所谓避让部的半径方向间隙7(间隙宽度C2C2>C1)的轴承部件3。
半径方向间隙7、27、37的位置、形状、尺寸等都可以通过非导电性覆膜9、29、39来调节。例如在上述例子中,例示了在轴承部件3的轴向两端形成有半径方向间隙7、27、37的情况,但也可以仅仅在轴向一端形成。当然,上述构成对代替非导电性覆膜9、29、39而由图5所示的树脂层19成形成形部5的内周面(第二成形面5a)的情况也同样可以适用。
另外,上述例子中,对在拉出靠模8后进行非导电性覆膜9、29、39的除去的情况进行了说明,但也可以按照相反的顺序进行上述工序。即,只要非导电性覆膜9、29、39通过溶剂可从轴向端部溶解,则可以在拉出靠模8之前进行非导电性覆膜9、29、39的除去。当然,在拉出靠模8时,与靠模8一体地将非导电性覆膜9、29、39从成形部5剥离除去也无妨。当然,也可以不拉出靠模8,而直接将其作为轴部件2使用。
另外,在上述例子中,表示了通过树脂注射成形来形成与电铸部4一体形成的成形部5的情况,但也可以通过其它材质例如金属的模成形(模制成形)等来形成成形部5。另外,也可以利用通过例如将金属粉末压粉成形(模成形)的后烧结而形成的烧结金属来形成成形部5。
另外,在上述例子中,对构成流体正圆轴承作为形成于轴承间隙6间的轴承的情况进行了说明,但除此以外也可以采用在内周面4a上设置了用于产生流体动压作用的动压发生部的构成。该情况下,例如图示省略,但也可以形成将相对于轴向倾斜的多个槽(动压槽)人字形状排列成的区域。或者同样的图示省略,也可以构成例如在内周面4a形成多个圆弧面,并使这些圆弧面和与圆弧面对置的轴部件2的正圆状外周面2a之间的径向间隙朝向周向缩小成楔状的所谓多圆弧轴承。另外,这些径向方向的动压发生部除设于轴承部件3的内周面(内周面4)一侧以外,也可以设于轴部件2的外周面2a一侧。
另外,非导电性覆膜9、29、39如上所述,除在靠模8的外周面8a沿圆周方向连续地形成以外,也可以在圆周方向或轴向断续地形成。作为在圆周方向不连续地形成时的轴承面形状,例如图示省略,但例举将电铸部4的内周面4a和由非导电性覆膜9、29、39成形的成形部5的内周面在圆周方向交替配设,由此在轴承部件3的内周面形成了多个轴向槽的所谓立式止推轴承。
另外,在上述例子中,对设置了径向轴承部的轴承装置进行了说明,但本发明也可以适用于设有推力轴承部(推力轴承面)的轴承装置(轴承部件)。例如图示省略,但也可以对与成为径向轴承面的电铸部的内周面一起形成成为推力轴承面的电铸部的端面(轴正交端面)的轴承部件适用本发明。
另外,在上述例子中,作为充满轴承装置1的内部并在轴承间隙形成润滑膜的流体,例举了润滑油,但不限于此,例如也可以适用空气等气体、磁性流体等具有流动性的润滑油、或润滑脂等。
以上说明的轴承装置例如可装入信息设备用的电动机使用。下面,参照图11说明在上述电动机用的轴承中应用了轴承装置的构成例。另外,与图1~图10所示的实施方式的构成、作用相同的部位及部件使用同一参照符号,省略重复说明。
图11表示装入了轴承装置51的电动机50的剖面图。该电动机50作为例如HDD等盘驱动装置用的主轴电动机使用,其具备:旋转自如地非接触支承轴部件52的轴承装置51、安装于轴部件52上的转子(盘式轮毂)61、和经由例如半径方向间隙对置的定子线圈62及转子磁铁63。定子线圈62安装于托架64的外周,转子磁铁63安装于盘式轮毂61的内周。盘式轮毂61上保持有一个或多个磁盘等盘D1。当对定子线圈62通电时,转子磁铁63通过定子线圈62和转子磁铁63之间的电磁力旋转,由此,盘式轮毂62及保持于盘式轮毂62上的盘D1与轴部件52一体地旋转。
该实施方式中,轴承装置51具备轴承部件53和插入轴承部件53的内周的轴部件52。轴承部件53由将一端开口的有底筒状的电铸部54和与电铸部54一体形成的成形部55构成。直径比电铸部54的内周面54a大且与内周面54a之间具有台阶的成形部55的内周面55a在与其对置的轴部件52的外周面52a之间形成成为密封空间的半径方向间隙57。该情况下,内周面55a与上述实施方式相同,模仿形成于靠模8表面的非导电性覆膜9的成形面9a1成形。
在上述构成的轴承装置51中,轴部件52旋转时,在轴部件52的外周面52a和轴承部件53的轴承面(内周面54a)之间的径向轴承间隙56形成润滑油的油膜,由此,形成将轴部件52在径向方向旋转自如地支承的径向轴承部R1。同时,在轴部件52的下端面52b和与之相对的电铸部54的内底面54b之间形成将轴部件52在推力方向旋转自如地支承的推力轴承部T1。
另外,图11中例示了由所谓的枢轴承构成推力轴承部T1的情况,但本发明也可以适用于通过动压槽等动压发生装置将轴部件52在推力方向非接触支承的动压轴承。
本发明的轴承装置不限于以上的示例,也可以作为电动机的旋转轴支承用广泛应用。如上所述,根据本发明,由于轴承部件的内周面有高的形状自由度,从而可将以密封功能为优先的轴承性能赋予轴承装置,因此,作为以上述的HDD等磁盘驱动用主轴电动机为主的,要求高旋转精度的信息设备用的小型电动机、例如光盘的光磁盘驱动用主轴电动机、或激光打印机的多路扫描器电动机等中的旋转轴支承用也可以优选地使用。
下面,参照图12~图19说明本发明的第二实施方式。
图12表示第二实施方式的轴承装置101之一例。图12中,轴承装置101具备轴102和可在内周可插入轴102的轴承部件103。其中,轴承部件103由筒状的金属部104和树脂部105构成,将金属部104作为插入部件用树脂材料一体地注射成形。
轴承部件103的内周面中除轴向两端外的区域由金属部104的内周面104a形成。该金属部104的内周面104a和与其对置的轴102的外周面102a之间形成有间隙宽度C11的轴承间隙106。轴承部件103的内周面的轴向两端部由树脂部105的内周面中与轴102的外周面102a对置的第一内周面105a、105a构成。该实施方式中,第一内周面105a和与其对置的轴102的外周面102a之间形成有比轴承间隙106的间隙宽度C11大的间隙宽度C12的微小间隙107。
微小间隙107在该实施方式中为充满轴承内部的润滑油的密封空间,在由润滑油充满了轴承间隙106的状态下,润滑油的油面被持续维持在轴向两端的密封空间(微小间隙107、107)内。另外,图12所示的轴承间隙106及微小间隙107与轴102及轴承部件103相比都是微小的,但图12中为便于理解形状,而与轴102的径向尺寸相比,将轴承间隙106的间隙宽度C11及微小间隙107的间隙宽度C12较大(夸张)地描绘。
上述构成的轴承装置101中,轴102相对旋转时,充满轴承间隙106的润滑油形成油膜,经由这样的油膜将轴102相对于轴承部件103沿径向方向相对旋转自如地支承。此时,由于成为密封空间的微小间隙107邻接轴承间隙106形成,故可防止伴随轴102的相对旋转的润滑油自轴承间隙106漏出到轴承外部,可将润滑油保持于轴承内部。另外,成为密封空间的微小间隙107在该实施方式中是在轴向具有一定尺寸的环状空间,但例如也可以是使间隙宽度朝向轴向上方(大气开放侧)逐渐扩大的空间。
下面,以轴承部件103的制造工序为中心说明轴承装置101的制造工序之一例。
轴承部件103通过将金属部104作为插入部件来对树脂材料进行模成形(插入成形)而形成。
图13是概念性地表示轴承部件103的插入成形工序的图,在由固定模111和可动模112及销113构成模具上设置横浇道114及浇口115和腔116。浇口115在该实施方式中为点状浇口,沿圆周方向等间隔地在成形模具(固定模111)的与需要成形的树脂部105的轴向一端面对应的位置设置多处(例如3处)。各浇口115的浇口面积对应于充填的熔融树脂的粘度及成形品的形状设定为适宜的值。另外,只要不对金属部104的插入带来障碍,也可以使用将固定模111或可动模112一体化而成的结构。
成为插入部件的金属部104为筒状,例如根据使用的轴102的材质也有所不同,但优选由具备与轴102的滑动特性及相对于润滑油的耐性(耐油性)、耐热性等的材料形成。另外,金属部104的内周面104a由于构成与轴102滑动的滑动面(轴承面),故期望尽可能高精度地加工。
作为向腔116内注射、充填的熔融树脂P,使用液晶聚合物(LCP)或以液晶聚合物为基础树脂的树脂组成物。在液晶聚合物中配合充填剂的情况下,使用的充填剂的种类及配合比例根据需要的特性(强度、滑动性、尺寸稳定性、导电性)来适宜选择并设定。
在上述构成的模具中,以将金属部104嵌合固定于销113的状态将金属部104配置在腔115内。其次,在将模111、112合模的状态下,经由直浇道(省略图示)、横浇道114及浇口115向腔116内注射、充填熔融树脂P,将树脂部105与金属部104一体成形。此时,成为轴承部件103的内周面的一部分的树脂部105的第一内周面105a成形为模仿销113的外周面113a的形状,第一内周面105a以外的内周面(第二内周面105b)模仿内接的金属部104的外周面104b形状成形。另外,第一内周面105a的内径在脱模前的阶段与邻接的金属部104的内周面104a的内径大致相等。
开模后,将金属部104及树脂部105成为一体的成形品自模111、112脱模。由此,得到以金属部104的内周面104a为轴承面(旋转支承轴102的面)的轴承部件103。在该轴承部件103的内周插入轴102,进而将润滑油充填到形成于金属部104的内周面104a和轴102的外周面102a之间的轴承间隙106,由此完成图12所示的轴承装置101。
但是,在利用例如液晶聚合物以外的树脂模成形树脂部105时,伴随树脂部105的成形(固化),发现内周面(例如第一内周面105a)向内径侧收缩的倾向。因此,在与插入内周的轴102之间形成的微小间隙的宽度C12比金属部104和轴102之间形成的轴承间隙106的宽度C11小,根据情况,可能不能形成微小间隙(第一内周面105a和轴102的外周面102a接触)。与之相对,本发明中,由于利用液晶聚合物成形树脂部105,故在将轴承部件103脱模后,至少外观上如图14所示,只是树脂部105的内周面中第一内周面105a(图14中实线)向外径方向产生收缩(图14中单点划线)。因此,作为完成品的轴承部件103如图12所示,成为在金属部104的两端连续的树脂部105的第一内周面105a比内周面104a大径的形状。因此,在轴承部件103的内周插入了直径一定的轴102的状态下,在第一内周面105a和轴102的外周面102a之间形成具有比轴承间隙106的间隙宽度C11大的间隙宽度C12的微小间隙107。
这样,利用液晶聚合物将树脂部105模成形,之后通过树脂部105的成形收缩,使树脂部105的第一内周面105a向外径侧后退,由此可在金属部104的内周面104a和树脂部105的第一内周面105a之间形成微小台阶。因此,不需要进行通过其它的机械加工及塑性加工等在轴承部件103的内周面设置微小的台阶的加工,可降低加工成本。
另外,该实施方式中,如图12所示,包含第一内周面105a的树脂部105的表层部成为从轴向两端夹着金属部104的形状。由此,包含第一内周面105a的树脂部105的表层部作为金属部104的防脱件起作用。
另外,上述构成例(下面说明的构成例也相同)中,位于微小间隙107的外径侧的树脂部105的厚度或树脂部105的外径相对于内径的比值可能对树脂部105的第一内周面105a向外径侧的后退量带来影响,因此,根据所需的密封空间(微小间隙107)的间隙宽度来调节这样的厚度或内外径比是理想的。或者通过使树脂部105的厚度及内外径比在轴向或径向不同,也能够控制微小间隙107的形状。另外,形成微小间隙107的树脂部105的内周面(第一内周面105a)向外径侧的后退量除受销113的直径及上述壁厚、内外径比左右之外,还受到与液晶聚合物配合的充填材料的量及种类左右,但例如若为2μm~30μm,则可通过调节上述的条件来形成。
以上说明了第二实施方式的轴承装置之一例,但本实施方式的轴承装置不限于上述例子,也可以采用其它构成。下面,对轴承装置的其它构成例(变形例)进行说明。另外,以下所示的图中,与图12所示的轴承装置101的构成、作用相同的部位及部件使用同一参照符号,省略重复说明。
图15是表示本实施方式的第一变形例的轴承装置121的剖面图。图15中的轴承装置121的特征点在于,使轴承部件123的轴向一端侧的形状与图12所示的方式的不同。即,图15所示的轴承部件123为如下形态,将其轴向一端由树脂部125的底部125b封口,同时只在另一端形成第一内周面125a,并在其与对置的轴122的外周面122a之间设置成为密封空间的微小间隙127。该情况下,轴122的插入侧端部122b成为半球面形状,且在其与对置的底部125b的内底面125b1之间形成枢轴承。
图16是表示本实施方式的第二变形例的轴承装置131的剖面图。图16中的轴承部件133与图15所示的轴承装置121的不同点在于,由相同的有底筒状的金属部134覆盖呈有底筒状的树脂部125的除第一内周面125a外的全部内面。该情况下,轴132的插入侧端部132b与对置的金属部134的底部134b的内底面134b1之间形成后述的动压轴承。
上述任一个轴承装置121、131中,树脂部125都是以金属部104(或金属部134)作为插入部件由液晶聚合物注射成形的。微小间隙127通过利用与图14相同的成形收缩来使第一内周面125a向外径侧后退而形成。
这样,在封闭了轴向一端侧的轴承部件123、133中,基于后加工的内周面的加工特别困难,但如本实施方式,通过利用树脂部125的成形收缩来形成大径部(第一内周面125a),可消除这样的不良情况,能够简便且低成本地形成轴承部件123、133。
另外,在上述例子中,对利用树脂部105的内周面(第一内周面105)伴随成形收缩而向外径侧后退的方式,在轴承部件103的轴向端部形成了比金属部104的内周面104a大径的第一内周面105a的情况进行了说明,但也可以在其以外的部位形成第一内周面105a。
图17是表示本实施方式的第三实施例的轴承装置141的剖面图。图17中的轴承装置141与上述的轴承装置101、121、131的不同点在于,将多个金属部104在轴向隔开排列,且在这多个金属部104间的区域设置了通过树脂部145的成形收缩而向外径侧后退的第三内周面145c。即,树脂部145的内周面具有:在轴向两端与轴102的外周面102a对置的第一内周面145a;紧密固定于金属部104的外周面104b的第二内周面145b;形成于金属部104的内周面104a、104a之间,与第一内周面145a同样地直径比金属部104的内周面104a大的第三内周面145c。
该情况下,在第一内周面145a和与之对置的轴102的外周面102a之间形成具有比轴承间隙106的宽度C11大的宽度C12的微小间147,并且在第三内周面145c和与之对置的轴102的外周面102a之间形成具有比宽度C11大的宽度C13的微小间隙148。
根据这样的构成,轴102相对旋转时,在轴承部件143的内周面,沿轴向隔开在两个部位形成有轴承间隙106,且在形成轴承间隙106的金属部104的内周面104a、104a之间形成有比内周面104a大径的微小间隙148(也称作避让部),因此,将轴102尽可能在沿轴向隔开的位置非接触支承,并且不会使其轴承面积增加到必要以上。因此,可避免损耗转矩的增加、并且可提高力矩刚性。另外,在进行轴承部件143的模成形的同时,在与金属部104的内周面104a邻接的树脂部145的第三内周面145c形成避让部,因此,可省略用于将金属部104的内周面104a通过其它的机械加工及塑性加工等作成局部大径的加工,可降低加工成本。
另外,上述例子中,对作为金属部104,使用了将金属原材料加工形成为圆筒状的部件的情况进行了说明,但本实施方式中,也可以采用利用上述以外的方法形成的金属部、例如利用电铸加工形成的金属部。该情况下,虽图示省略,但在成为电铸部的成形母体的靠模轴的遮蔽部以外的区域形成作为电铸壳的筒状的电铸部。而且,例如图12所示的金属部104及嵌合固定了金属部104的销113,在将电铸部及外周形成有电铸部的靠模轴作为插入部件配置于模具111、112内的状态下对树脂部105进行模成形。之后,通过将靠模轴自电铸部分离,完成具备作为金属部104的电铸部及树脂部105的轴承部件103。根据这样的方法,将靠模轴的表面形状以微米级高精度地转印在电铸部(金属部104)的内周面104a上,因此,通过使用对外周面进行了高精度地加工的靠模轴,可形成具有高的面精度的内周面104a。因此,可高精度地管理在内周面104a和与之对置的轴102的外周面102a之间形成的轴承间隙106的间隙宽度C11。
另外,上述例子中,对由筒状的金属部104构成轴承部件103的树脂部105以外的区域的情况进行了说明,但未必由金属形成。根据所需的轴承性能,例如也可以用陶瓷及液晶聚合物以外的树脂等其它材料形成树脂部105以外的区域。
另外,上述例子中,对使树脂部105的内周面(第一内周面105a、25a、25a及第三内周面145c)向外径侧后退,在其与对置的轴102之间形成微小间隙(径向间隙)的情况进行了说明,但本发明中,只要通过由液晶聚合物构成的树脂部105的成形收缩在轴102和树脂部105之间形成微小间隙,则也可以在上述以外的位置形成微小间隙。
另外,上述例子中,对构成流体正圆轴承作为形成于轴承间隙106的轴承的情况进行了说明,但此外也可以采用在内周面104a设置了用于产生流体的动压上升作用的动压上升部的构成。该情况下,例如虽省略图示,但也可以形成将相对于轴向倾斜的多个槽(动压槽)人字形状排列的区域。或者同样的图示省略,也可以构成例如在内周面104a形成多个圆弧面,且使这些圆弧面和与圆弧面对置的轴部件102的正圆状外周面102a之间的径向间隙朝向周向缩小为楔状的所谓多圆弧轴承。另外,这些径向方向的动压上升部除设于轴承部件103的内周面(内周面104a)一侧以外,也可以设于轴102的外周面102a一侧。
或者,作为推力方向的动压上升部,图示省略,也可以在例如图16所示的底部134b的内底面134b1设置将多个动压槽人字状或螺旋状排列而成的区域。
排列这些动压上升部、例如多个动压槽而成的区域可通过调节金属部104的内周面104a和比内周面104a大径的树脂部内周面(第一内周面105a、125a、145a及第三内周面145c)的尺寸、形状、位置等形成。特别是只要是上述电铸加工,则只是适宜地设定遮蔽区域,也可以容易地形成动压上升部等复杂的凹凸面形状,这是优选的。
另外,上述例子中,作为充满轴承装置101的内部且在轴承间隙产生动压上升作用的流体,例示了润滑油,但除此以外,也可以使用可在轴承间隙产生动压上升作用的流体、例如空气等气体、磁性流体等具有流动性的润滑油、或润滑脂等。
以上说明的轴承装置可装入例如信息设备用电动机使用。下面,参照图18说明将轴承装置应用于电动机用的轴承的构成例。另外,与图12~图17所示的实施方式的构成作用相同的部位及部件使用同一参照符号,省略重复说明。
图18表示装入了轴承装置151的电动机150的一构成例。该电动机150作为例如HDD等盘驱动装置用的主轴电动机使用,其具备:旋转自如地非接触支承轴152的轴承装置151、安装于轴152上的转子(盘式轮毂)153、和经由例如半径方向间隙对置的定子线圈154及转子磁铁155。定子线圈154安装于托架156的外周,转子磁铁155安装于盘式轮毂153的内周。盘式轮毂153上保持有一个或多个磁盘等盘D2。当对定子线圈154通电时,转子磁铁155通过定子线圈154和转子磁铁155之间的电磁力旋转,由此,盘式轮毂153及保持于盘式轮毂153上的盘D2与轴152一体地旋转。
该构成例中,轴承装置151具备轴承部件157、和插入轴承部件157的内周的轴152。轴承部件157由在轴向隔开设置的两端开口筒状的金属部104及有底筒状的金属部134、和将这些金属部104、134作为插入部件模成形的树脂部148构成。其中,比金属部104的内周面104a、104a大径的树脂部158的内周面158a、158b与对置的轴152的外周面152a之间封闭形成成为密封空间的微小间隙159、及成为避让部的微小间隙160。而且,轴152旋转时,在轴152的外周面152a和轴承部件157的轴承面(内周面104a)之间的径向轴承间隙产生动压上升部引起的润滑油的动压上升作用,由此,形成将轴152在径向方向旋转自如地非接触支承的径向轴承部R2。同时,在轴152的下端面152b和与之对置的金属部134的内底面134b1之间形成将轴152在推力方向旋转自如地支承的推力轴承部T2。
本实施方式的轴承装置不限于以上的例示,可作为电动机旋转轴支承用而广泛地应用。该轴承装置如上所述,具有高的密封能力及力矩刚性,因此,作为以上述的HDD等磁盘驱动用主轴电动机为主的,要求高旋转精度的信息设备用的小型电动机、例如光盘的光磁盘驱动用主轴电动机、或激光打印机的多路扫描器电动机等中的旋转轴支承用也可以优选地使用。
在此,为验证本发明的有用性,测定了由液晶聚合物构成的树脂部(轴承部件)的成形收缩量。具体而言,如图19所示,对呈φ9.5(外径)×φ7.5(薄壁部内径)×φ6.6(厚壁部内径)的有底圆筒状的试验片进行成形,测定此时的薄壁部的成形收缩量S1和厚壁部的收缩量S2。其结果是,薄壁部、厚壁部都在向外径方向成形时产生收缩,其收缩量是,S1(薄壁部)=18μm,S2(厚壁部)=24μm。
下面,参照图20~图28说明本发明第三实施方式。
构成本发明第三实施方式的轴承装置的轴承205(参照图23)经如下工序制作,即,将轴部件201作为靠模使用,进行电铸加工而形成电铸轴204的工序(参照图20及图21);由树脂注射成形保持电铸轴204的电铸部203的保持部206的工序(参照图22);及将电铸部203和轴部件201分离的工序。
另外,以下的说明中,“旋转用轴承”是指保持其与轴部件之间的相对旋转的轴承,轴承为旋转侧还是固定侧都没关系。“滑动用轴承”是指保持其与轴之间的相对直线运动的轴承,同样,轴承为旋转侧还是固定侧都没关系。“旋转滑动用轴承”是指同时具有上述两个轴承的功能,保持其与轴之间的旋转运动及直线运动这两运动的轴承。
轴部件201如图20所示,利用导电性材料、例如进行了淬火处理的不锈钢作为具有大径部和小径部的横截面圆形的轴而制作。当然,不限于不锈钢,可选择适合于刚性等机械强度、滑动性、耐热性、耐药品性、电铸部203的加工性及分离性等、轴承的功能上或轴承制作的情况上寻求的特性的材料、以及热处理方法。对于陶瓷等非金属材料而言,通过实施导电处理(例如通过在表面形成导电性金属皮膜),也可以使用。另外,为降低与作为轴承装置使用时的轴承部件的摩擦,优选在轴部件201的表面实施例如氟类的树脂覆膜。
轴部件201除实心轴以外,也可以是中空轴或在中空部充填了树脂的实心轴。另外,旋转用的轴承中,轴部件的横截面基本上形成圆形,但滑动用轴承的情况下,可将横截面作成任意形状,且也可以作成圆形以外的多边形状或非正圆形状。另外,在滑动用轴承中,轴部件201的滑动部的截面形状在轴向一定地形成,但旋转用轴承中,轴部件的截面形状有时在轴向为不是一定的形态。
轴部件201的外周面精度直接左右后述的轴承间隙的精度,因此,需要预先对正圆度、圆筒度、表面粗糙度等轴承功能上重要的表面精度进行高精度地加工。例如在旋转用轴承装置中,从避免与轴承面接触的观点来看,重视正圆度,因此,轴部件201的外周面需要尽可能地提高正圆度。例如优选精加工到后述的轴承间隙的平均宽度(半径尺寸)的80%以下。因此,例如在将轴承间隙的平均宽度设定为2μm的情况下,将轴部件外周面精加工到1.6μm以下的正圆度是理想的。
在轴部件201的外周面,如图20中散点所示,除电铸部203的预定形成部外,实施遮蔽。作为遮蔽用的包覆材料202,选择使用具有非导电性及相对于电解质溶液的耐腐蚀性的已有品。
电铸加工通过将轴部件201浸渍于含有Ni及Cu等金属离子的电解质溶液中,对电解质溶液进行通电,使目的金属析出到轴部件201的表面而进行。电解质溶液中,根据需要也可以含有碳等滑动材料、或糖精等应力缓解材料。电铸金属的种类根据轴承的轴承面要求的硬度、疲劳强度等物理性质、化学性质适宜选择。就电铸部203的厚度而言,若其过厚,则自轴部件201的剥离性降低,若过薄,则带来轴承面的耐久性降低等,因此,根据要求的轴承性能及轴承尺寸、进而根据用途等设定为最佳的厚度。例如轴径1mm~6mm的旋转用轴承中,优选10μm~200μm的厚度。
将电铸轴204转移到图22所示的注射成形工序,进行以电铸部203及轴部件201为插入部件的插入成形。
该注射成形工序中,电铸部204如图22所示,将其轴向设为与合模方向(图中上下方向)平行,被供给到由上模207及下模208构成的模具内部。在下模208上形成适合于轴部件201的小径部外周面201b的外径尺寸的定位孔210,且在该定位孔210内插入自前工序转送来的电铸轴204的下端,进行电铸轴204的定位。在上模207上,与定位孔210同轴地形成有具有适合于轴部件201的大径部外周面201a的外形尺寸的内径的导向孔211,在合模时,若使可动模(图22中为上模207)向固定模(图22中为下模208)接近进行合模,则首先将电铸轴204的上端插入导向孔211,进行电铸轴204的定心。进而使其接近,使上模207和下模208抵接,完成合模。
在图22所示的合模完成时,电铸轴204的下端与定位孔210的下端接触,轴部件201的大径部外周面201a和小径部外周面201b之间形成的台阶201c位于成形面的上端面之下。图22所示的例子中,电铸部203从台阶201c进行设定,直至抵接成形面的下端面。在该状态下,经由直浇道212、横浇道213、及浇口214向腔209注射树脂材料,进行插入成形。
注射的树脂材料为热塑性树脂,作为非晶性树脂,可使用聚砜(PSF)、聚醚砜(PES)、聚亚苯基砜(PPSU)、聚醚酰亚胺(PEI)等,作为结晶性树脂,可使用液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚苯硫醚(PPS)等。另外,向上述树脂中充填的充填材料的种类没有特别限定,但例如可使用玻璃纤维等纤维状充填材料、钛酸钾等须状充填材料、云母等鳞片状充填材料、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充填材料。这些充填材料可单独使用或将两种以上混合使用。
另外,作为注射的材料,也可以使用金属材料。例如可使用镁合金或铝合金等低熔点金属材料。该情况下,与使用树脂材料的情况相比,可进一步提高强度、耐热性、或导电性等。另外,也可以采用在利用金属粉末和粘合剂的混合物进行了注射成形后,进行脱脂、烧结的所谓MIM成形。
在开模后,脱模后的成形品如图23所示,具有轴部件201、电铸部203及保持部206成为一体的构造。该成形品被移交到之后的分离工序,分离成由电铸部203及保持部206构成的轴承205、和轴部件201。
该分离工序中,通过释放蓄积于电铸部203中的内部应力,使电铸部203的内周面扩径,将其自轴部件201的外周面剥离。内部应力的释放通过给予轴部件201或轴承205冲击、或对电铸部203的内周面和轴部件201的外周面之间作用轴向的加压力来进行。通过内部应力的释放,使电铸部203的内周面在半径方向扩径,在电铸部203的内周面203a和轴部件201的小径部外周面201b之间形成适当大小的间隙,由此可使轴部件201相对于电铸部203的内周面在轴向动作,由此,将成形品分离成由电铸部203及保持部206构成的轴承205、和轴部件201。另外,电铸部203的扩径量例如可通过改变电铸部203的壁厚及电解质溶液的组成、电铸条件来控制。
在只作用冲击而不能将电铸部203的内周充分扩径的情况下,将电铸部203和轴部件201加热或冷却,使两者间产生热膨胀量差,由此也可以将轴部件201和轴承205分离。
另外,在进行注射成形后的固化时,按照保持部206的与轴部件201相接的面通过成形收缩来扩径的方式考虑树脂材料的组成及成形条件,由此可容易地将保持部206和轴部件201分离。
在这样将轴承205和轴部件201分离后,使轴部件201向上方移动,由此,使轴部件201的小径部外周面201b、和由轴部件201的大径部成形的保持部206的成形面206a对置(参照图24)。此时,与轴部件201的小径部外周面201b对置的电铸部203的内周面203a作为轴承面起作用。该轴承面和轴部件201的小径部外周面201b之间的轴承间隙从电铸加工的特性来看,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。另外,由于只要将轴部件201在插入到轴承205的内周的状态下使其移动即可,故例如与将轴部件201从轴承205拉出后再插入分体制作的轴部件的情况相比,异物混入的可能性少,因此,异物引起的异音的发生及部件的磨损等危险少。
另外,在轴部件201的小径部外周面201b和保持部206的成形面206a之间形成微小间隙215。从至此之前的制造工序表明,微小间隙215被设定为比轴承间隙大的间隙宽度。通过向轴承间隙及微小间隙215充填润滑油,完成轴承装置。
在轴承205动作(旋转、滑动或旋转滑动)时,将保持于微小间隙215的润滑油向轴承间隙供给,因此,润滑的润滑油始终在轴承间隙中,油不足造成的润滑不良所引起的异音的产生、及轴部件和轴承205的接触滑动引起的损耗被避免,从而制品寿命延长。另外,由于微小间215发挥缓冲功能,故即使伴随轴承装置的使用环境高温化使润滑油的体积膨胀,也能够防止润滑油向轴承外部漏出,因此,可避免周边环境的污染等不良情况。
另外,由于微小间隙215也发挥作为密封空间的功能,因此可防止润滑油漏出、或伴随轴承205的动作而飞散,可更可靠地防止润滑油的减少及周边环境的污染等。微小间隙215的间隙宽度被设定为按照不使润滑油漏出的方式得到毛细管力的范围、例如0.5mm以下,优选设定为0.3mm以下。
本实施方式的轴承装置不限于上述例子。在图25所示的轴承装置的第一变形例中,电铸部203的轴向尺寸比图24所示的轴承装置短,微小间隙215和电铸部203在轴向分离。这样,由于只是在必要最小限的部分形成电铸部203,故可实现成本的降低。
图26所示的轴承装置的第二变形例中,在轴承205的大径内周面205a和小径内周面205b上分别形成电铸部231、232。由此,例如在没有润滑油而使用轴承装置时,由于在由轴部件201的大径部成形的保持部206的成形面(大径内周面)和轴部件201的小径部外周面201b之间形成的微小间隙215作为避让部发挥作用,从而可设置在轴向离开的多个轴承面,可提高相对于力矩负荷的轴承刚性。另外,在轴承内部充填润滑油而使用轴承装置时,由于在由轴部件201的大径部成形的保持部206的成形面(大径内周面)和轴部件201的小径部外周面201b之间形成的微小间隙215实现作为油槽的功能,从而可防止油不足。
在图27所示的轴承装置的第三变形例中,在由推力板223堵塞了轴承205的下端侧开口部这一点上与上述的轴承装置不同。该情况下,与上述的轴承装置同样,使轴部件201向上方错开,在轴部件201的小径部外周面201b和由轴部件201的大径部成形的保持部206的成形面206a之间形成微小间隙215,之后将推力板223固定在轴承205的下端开口部。该变形例中,将轴部件的下端部201d形成为凸球面状,且在该下端部201d和推力板223的上端面233a之间形成在推力方向支承轴部件201的推力轴承部T3。
其次,将具备以上说明的轴承的轴承装置应用于电动机221的旋转轴的支承,并基于图28说明其一例。
图示例的电动机221是用于HDD等盘驱动装置的主轴电动机。该电动机221的轴承装置具有将轴部件201在径向方向转动自如地支承的径向轴承部R3、和在推力方向转动自如地支承的推力轴承部T3。径向轴承部R3由轴部件201的外周面和电铸部203的内周面构成,推力轴承部T3通过将轴部件201的凸球面状的轴端由与轴承205的端面对置的推力板223接触支承而构成。轴承205如以上所说明,通过插入电铸部203的注射成形而形成。而且,电动机221除该轴承装置以外,还具备安装有轴部件的转子(盘式轮毂)224、和例如经由半径方向的间隙对置的定子线圈225及转子磁铁226。定子线圈225安装于托架227的外周,转子磁铁226安装于盘式轮毂224的内周。在盘式轮毂224上保持有一个或多个磁盘D3。
当对定子线圈225进行通电时,转子磁铁226通过定子线圈225和转子磁铁226之间的电磁力而旋转,由此,盘式轮毂224及轴部件201一体地旋转。此时,被保持于微小间隙215的油向径向轴承部R3及推力轴承部T3供给。
图28中例示了由枢轴承构成推力轴承部T3的情况,但除此之外,也可以使用通过动压槽等动压发生装置将轴部件201在推力方向非接触支承的动压轴承。或者也可以在轴部件201的下端部设置凸缘部,使其作为从轴承205止脱的止脱件起作用。
本发明的轴承装置不限于以上例示,可作为电动机的旋转轴支承用而广泛应用。该轴承装置如上所述,在径向轴承部R3具有高精度的轴承间隙(径向轴承间隙),因此,作为以上述的HDD等磁盘驱动用主轴电动机为主的,要求高旋转精度的信息设备用的小型电动机、例如光盘的光磁盘驱动用主轴电动机、或激光打印机的多路扫描器电动机等中的旋转轴支承用特别适用。另外,也可以适用于要求长寿命的风扇电动机等。
以上的说明中,例示了将轴承205用于旋转用轴承的情况,但除此以外,轴承205也可以适用于滑动用的轴承、旋转滑动用的轴承。在将本发明应用于滑动用或旋转滑动用轴承时,需要按照轴承不与轴部件的大径部和小径部之间的台阶干涉的方式设定轴承的滑动范围。
下面,基于图29~图33说明本发明第四实施方式。
图29表示第四实施方式的轴承装置301的一构成例。图29中,轴承装置301具备轴302和可将轴302插入内周的轴承部件303。其中,轴承部件303由电铸部304和与电铸部304一体形成的作为模成形部的树脂部305构成,将电铸部304作为插入部件利用树脂材料一体地注射成形。
轴承部件303成为将一端开口的形状(有底筒状),在一端开口侧的内周形成朝向轴承外部侧逐渐扩径的锥面306。锥面306在该构成例中由电铸部304形成。详细地说,成为一端朝向外部开放侧逐渐扩径的形状的电铸部304的扩径部分的内周面构成锥面306。因此,如图29所示,在轴承部件303的内周插入了轴302的状态下,在电铸部304的内周面304a和轴302的外周面302a之间形成轴承间隙307。另外,在与内周面304a一起构成轴承部件303的内周面的锥面306和轴302的外周面302a之间形成径向尺寸朝向轴承外部侧逐渐扩大的锥状的密封空间308。
包含轴承间隙307的轴承内部空间(图29中散点图案所示的区域)由润滑油充满,且润滑油的油面被始终维持在密封空间308内。另外,图29所示的轴承间隙307及密封空间308,与轴302及轴承部件303的径向尺寸相比都是微小的,但图29中,为便于理解形状,而与轴302的径向尺寸相比,将轴承间隙307的间隙宽度及密封空间308的间隙宽度较大(夸张)地描绘。
在上述构成的轴承装置301中,轴302相对旋转时,充满轴承间隙307的润滑油形成油膜,经由这样的油膜将轴302相对于轴承部件303沿径向方向相对旋转自如地支承。同时,设于轴302的一端侧(闭塞侧)的球状面302b经由润滑油接触支承于与之对置的电铸部304的内底面304b,由此,轴302相对于轴承部件303在推力方向被相对旋转自如地轴承。
此时,由于密封空间308邻接轴承间隙307的大气开放侧而形成,因此,油面附近的润滑油受到向因在密封空间308内持续产生的毛细管力而径向尺寸缩小的方向(轴承间隙307方向)的拉入力。由此,可防止润滑油从轴承间隙307漏出到轴承外部,可将润滑油保持在轴承内部。
另外,通过在轴承装置301的开口侧设置径向尺寸朝向轴承外部侧逐渐扩径的密封空间308,轴承内部的保油量增大,因此,可将这样的润滑油稳定地向轴承间隙307供给。具体而言,若密封空间308的容积Vs为轴承间隙307的容积Vb的5倍以上,则不仅可发挥高的密封性能,而且可在轴承内部确保充分量的润滑油。若Vs/Vb过小{(Vs/Vb)<5},则难以在轴承内部确保必要量的润滑油。
下面,以轴承部件303的制造工序为中心说明轴承装置301的制造工序之一例。
轴承部件303经由如下工序制造:利用绝缘性材料将电铸加工中使用的靠模309的外表面遮蔽的工序、对实施了遮蔽的靠模309进行电铸加工而形成电铸部304的工序、将具有电铸部304的靠模309作为插入部件进行轴承部件303的模成形(插入成形)的工序、将电铸部304和靠模309分离的工序。
成为电铸部304的成形母体的靠模309为轴状,利用例如进行了淬火处理的不锈钢形成为截面轮廓正圆状。该例中,靠模309成为异径形状,如图30所示,形成为一体具有小径部310及大径部311、和形成于小径部310和大径部311之间的锥部312的形状。作为靠模309的材料,除不锈钢以外,只要是例如铬类合金或镍类合金等具有遮蔽性、导电性、耐药品性的材料,则金属、非金属都可以任意选择。另外,在此对利用切削及锻造等的单一原材料形成异径形状的靠模309的情况进行了说明,但也可以将两种以上原材料组合来形成靠模309。例如,通过对直径一定的轴状原材料的大径部311对应区域及锥部312对应区域实施相当厚度的涂敷(例如陶瓷涂敷)等,也能够形成上述形状的靠模309。
靠模309除实心轴之外,也可以是中空轴或在中空部充填了树脂的实心轴。另外,靠模309的外周面精度、特别是与成为轴承面的电铸部304的内周面304a对应的小径部310的外周面310a直接左右内周面304a的面精度,因此,理想的是尽可能高精度地进行加工。
如图30所示,对靠模309的外表面中除电铸部304的形成预定区域外的区域(大径部311的外周面311a区域)实施遮蔽加工,在这样的区域包覆形成遮蔽部313。作为遮蔽部313形成用的包覆材料选择使用具有绝缘性及相对于电解质溶液的耐腐蚀性的材料。
电铸加工通过将靠模309浸渍到含有Ni及Cu等金属离子的电解质溶液中,对电解质溶液进行通电,使目的金属电解析出到靠模309的外表面中除遮蔽部313外的区域(小径部310的外周面310a、端面310b及锥部312的外周面312a)而进行。电解质溶液中,根据需要也可以含有碳等滑动材料、或糖精等应力缓解材料。析出金属的种类根据轴承部件303的轴承面所要求的硬度、或对于润滑油的耐性(耐油性)等所需要的特性适宜选择。
经由以上的工序,如图31所示,制作在靠模309表面的遮蔽部313形成区域以外的区域形成有电铸部304的电铸轴314。在该阶段,电铸轴314成为在靠模309的外表面轴向一端区域形成有有底圆筒状的电铸部304的形态。另外,在电铸部304轴向下端(大径部311侧)内周,模仿锥部312的外周面312a形状而形成朝向大径部311侧逐渐扩径的锥面306。另外,就电铸部304的厚度而言,若过薄,则带来轴承面(内周面304a)的耐久性降低等,若过厚,则从靠模309的剥离性可能降低,因此,根据所要求的轴承性能及轴承尺寸、进而用途等来设定在最佳的厚度、例如10μm~200μm的范围。
经由上述工序制作的电铸轴314作为插入部件被供给配置到对轴承部件303进行插入成形的成形模内。
图32是概念性表示轴承部件303的插入成形工序的图,在由可动模315及固定模316构成的模具上设置横浇道317及浇口318和腔319。浇口318在该例子中为点状浇口(一点浇口),设于成形模的与树脂部305的一端面中央对应的位置。浇口318的浇口面积对应于充填的熔融树脂的粘度及成形品的形状设定为适宜的值。
在上述构成的模中,以定位配置了电铸轴314的状态使可动模315靠近固定模316进行合模。其次,在合模后的状态下,经由直浇道(省略图示)、横浇道317及浇口318向腔319内注射、充填熔融树脂P,将树脂部305与电铸轴314一体成形。由此,树脂部305成形为吻合设于模具315、316内的腔319的形状。
作为熔融树脂P,例如可使用液晶聚合物(LCP)、聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)等结晶性树脂、或聚亚苯基砜(PPSU)、聚醚砜(PES)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)等非结晶性树脂作为基础树脂。当然,这些只不过是一例,适合轴承的用途及使用环境的树脂材料可任意选择。根据需要,也可以添加强化材料(纤维状、粉末状等形态都可以)及润滑剂、导电化剂等各种充填材料。
开模后,将靠模309、电铸部304、及树脂部305成为一体的成形品自模315、316脱模。该成形品在之后的分离工序中被分离成由电铸部304和树脂部305构成的轴承部件303、和靠模309。另外,遮蔽部313也可以在分离工序之前的阶段预先除去,但只要没有特别造成障碍,则也可以在到达分离工序之前的期间形成于靠模309上。
在分离工序中,例如通过对靠模309或电铸部304施加冲击,将电铸部304的内周面304a及锥面306从靠模309的外表面(外周面310a、312a、及端面310b)剥离。由此,靠模309从轴承部件303(电铸部304)被拉出,得到作为完成品的轴承部件303。
另外,作为电铸部304的分离方法,除上述方法以外,例如可使用加热(或冷却)电铸部304和靠模309,在两者间产生热膨胀量差的方法;或并用两方法(冲击或加热)的方法等。
通过在如上那样形成的轴承部件303的内周插入与拉出后的靠模309分体制作的轴302,完成图29所示的轴承装置301。
这样,通过使用经由锥部312的外周面312a将小径部310的外周面310a和大径部311的外周面311a连接的形状的靠模309进行电铸加工,可得到一体形成有锥面306的电铸部304(轴承部件303)。因此,可不追加用于设置锥面306的工序而将锥面306与电铸部304同时一体地形成,这是经济的。
另外,根据构成例的轴承装置301,由于高精度地形成电铸部304的内周面304a,故可较小(数μm左右)设定形成于其和轴302的外周面302a之间的轴承间隙307。因此,例如密封空间308的容积比(Vs/Vb)得以确保,并且通过按照使其容积Vs的绝对值较小的方式将锥面306的倾斜角平缓地设置,由此可得到兼具备高密封性能和轴承性能的轴承装置301。
以上对第四实施方式的轴承装置301之一例进行了说明,但本发明不限于上述例子。
在上述例子中,表示了在轴承部件303的轴向一开口部内周形成了锥面306的情况,但也可以轴向两端开口,在两开口部内周分别设置朝向轴承外部侧逐渐扩径的锥面。图33是表示第四实施方式的变形例的轴承装置321的图。图33中,轴承装置321具备轴322和可将轴322插入到内周的轴承部件323。轴承部件323由电铸部324和与电铸部324一体形成的作为模成形部的树脂部325构成。轴承部件323的轴向两端开口,且在两开口部内周分别形成朝向轴承外部侧逐渐扩径的锥面326、327。锥面326、327和与其分别对置的轴322的外周面322a之间形成使径向尺寸朝向轴承外部侧逐渐扩大的锥状的密封空间328、329。在电铸部324的内周面324a和对置的轴322的外周面322a之间形成有轴承间隙330,分别在轴承外部侧与上述的密封空间328、329连通。
该情况下,一锥面326使用例如图30所示的形状的靠模309与电铸部324一体地形成。另外,就另一锥面327而言,在例如图32所示的模具315、316的一方(例如可动模315)侧设置与锥面327对应的形状的成形部,使用这样的模具在与树脂部325的成形同时,可成形锥面327。当然,也可以都与树脂部325的成形一起利用模具成形锥面326、327。同样,也可以与树脂部305的成形一起利用模具成形图29所示的轴承装置301的锥面306。
另外,密封空间308的形状、尺寸等可通过将其成形的靠模309的表面形状及模具315、316的成形面形状适宜调节。例如虽图示省略,但通过使用在小径部310和锥部312之间设置了台阶的靠模309,也可以形成增大了密封容积的密封空间。该情况下,密封空间的容积主要可通过靠模309的台阶宽度(台阶端面的径向宽度)调节,因此,可只考虑向轴承内部的拉入力来设定锥面306的倾斜角,从而设计的自由度提高。当然,也可以在锥状的密封空间308、328、329连续地设置径向尺寸一定的密封空间、及使倾斜角与锥面306、326、327不同的密封空间。另外,密封空间的形成位置只要在轴承外部侧与轴承间隙连通,则也可以任意设定。
另外,在上述例子中,表示了通过树脂的注射成形来形成与电铸部304一体形成的模成形部(形成树脂部305)的情况,但只要能够进行模成形,则也可以通过其它材质、例如金属的模成形(模制成形)等来形成模成形部。另外,也可以利用通过例如将金属粉末进行了压粉成形(模成形)的后烧结形成的烧结金属来形成模成形部。
另外,在上述例子中,对由设于轴承部件303侧(电铸部304的内周或树脂部305的内周)的锥面306和与之对置的轴302的外周面302a构成密封空间308的情况进行了说明,但本发明不限于此。即,只要形成在轴承外部侧与轴承间隙307连通且使半径方向尺寸朝向轴承外部侧逐渐扩大的锥状的密封空间308即可。例如虽图示省略,但也可以在轴302的外周面302a设置朝向轴承外部侧逐渐缩径的锥面,并在该锥面和与之对置的轴承部件303的内周面之间形成锥状的密封空间。
另外,在上述例子中,对构成流体润滑轴承来作为形成于轴承间隙307的轴承的情况进行了说明,但除此之外,也可以通过在内周面304a设置用于产生流体的动压上升作用的动压发生部来构成所谓的动压轴承。该情况下,例如虽图示省略,但也可以形成将相对于轴向倾斜的多个槽(动压槽)排列成人字形状的区域。或者虽图示省略,但也可以构成在内周面304a形成多个圆弧面,且使这些圆弧面和与圆弧面对置的轴302的正圆状外周面302a之间的径向间隙朝向周方向缩小为楔状的所谓多圆弧轴承。另外,这些径向方向的动压发生部除设于轴承部件303的内周面(电铸部304的内周面304a)一侧之外,也可以设置在轴302的外周面302a侧。
另外,在上述例子中,作为充满轴承装置301内部且在轴承间隙307形成润滑膜的流体,例示了润滑油,但不限于此,例如也可以使用空气等气体、磁性流体等具有流动性的润滑剂或润滑脂等。
另外,本实施方式的轴承装置如上所述,具有高的密封性,因此,作为不仅要求高旋转精度、而且要求高水平洁净度的信息设备用的小型电动机、例如HDD等磁盘驱动用的主轴电动机、光盘的光磁盘驱动用的主轴电动机、或激光打印机的多路扫描器电动机用的轴承也可以优选地使用。
Claims (4)
1.一种轴承装置,其具有由电铸部及保持电铸部的保持部构成的轴承和插入在轴承的内周设置的孔的轴部件,且在电铸部设置有与轴部件的外周面对置的轴承面,其特征在于,
轴部件设置有小径部和大径部,并且保持部设置有由轴部件的大径部成形的成形面,保持部的成形面与轴承面配置在轴承的孔的内周,且电铸部的轴承面及所述保持部的成形面分别与轴部件的小径部外周面对置。
2.如权利要求1所述的轴承装置,其特征在于,
由轴部件的大径部成形的保持部的成形面和轴部件的小径部外周面之间的微小间隙形成在轴承的内周面的端部。
3.一种电动机,其特征在于,
具有权利要求1所述的轴承装置、转子磁铁和定子线圈。
4.一种轴承装置的制造方法,其特征在于,
在制造具有由电铸部及保持电铸部的保持部构成的轴承和插入在轴承的内周设置的孔的轴部件、且在电铸部设置有与轴部件的外周面对置的轴承面的轴承装置时,
以具有小径部和大径部的轴部件中至少小径部为靠模而形成电铸部,之后,通过以轴部件的至少大径部为内模的注射成形,对保持电铸部的保持部进行成形,将保持部的成形面与轴承面配置在轴承的孔的内周,之后,将轴部件自电铸部及保持部分离,使分离后的轴部件的小径部的外周面与由轴部件的大径部成形的保持部的成形面对置。
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