CN1497574A - 塑性流动结合体及其结合方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种结合强度高、高精度且不产生污染的、低成本的塑性流动结合方法。它是使用一体地结合作为旋转圆盘的结合构件(2)和作为旋转轴的被结合构件(1)并进行旋转的装置(200)中的结合构件与被结合构件的结合方法，该方法包括第一工序和第二工序，该第一工序是在被结合构件(1)中嵌合上述结合构件(2)，由预结合冲头(60)进行预塑性结合的工序，上述第二工序是在第一工序中进行了预塑性结合后，在结合构件(2)的嵌合部近旁产生被结合构件(1)轴向的压缩力，以填埋结合构件(2)和被结合构件(1)的间隙的方式使结合构件(2)的材料的一部分塑性流动而塑性结合在被结合构件上的工序，连接结合构件(2)和被结合构件(1)使它们一体化。

Description

塑性流动结合体及其结合方法
技术领域
本发明涉及一种塑性流动结合两个构件的结合方法及结合体。
背景技术
现有的嵌合并塑性流动结合两个构件的方法采用的是以间隙配合的状态塑性流动结合两构件的方法(例如，参照专利文献1)。
另外，现有的嵌合并塑性流动结合两个构件的方法采用的是压入嵌合两构件进行塑性流动结合的方法(例如，参照专利文献2)。
【专利文献1】
日本特开平11-120743号公报(第4页、图3、图4)
【专利文献2】
日本特开2001-54268号公报(第2页、图1)
在上述专利文献1中记载的结合方法中，由于在以间隙配合嵌合了两构件后，进行塑性流动结合，除了推压并塑性流动了的部位近旁以外，其它的部位严密地讲成为了间隙，结合强度特别对于弯曲比较弱，特别是推压薄板构件使其塑性流动进行结合时成为问题。
另外，在专利文献2中记载的结合方法中，由于在压入嵌合了两构件后进行塑性流动结合，虽然推压并塑性流动了的部位近旁以外的部分也没有间隙，结合强度特别是对于弯曲的结合强度强，但是，在压入嵌合时，在两构件上容易产生摩擦或咬住，产生由于压入引起的弯曲或污染(コンタミ)。而且，为了管理压入余量，需要较高的零件精度，成本变高。
发明内容
本发明的目的是提供一种结合强度高、高精度、不产生污染、低成本的塑性流动结合方法。
本发明的第一技术方案的结合构件与被结合构件的结合方法，使用于一体地结合作为旋转盘的结合构件与作为旋转轴的被结合构件并进行旋转的装置，其特征是，在具有比上述被结合构件的外径大的内径的结合构件的嵌合孔中插入上述被结合构件并进行定位，用使之产生足以使上述结合构件的材料塑性变形的应力的负荷加压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁，进行预塑性结合，再用超过上述结合构件的材料的弹性限度的负荷加压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁，沿上述被结合构件的轴向使压缩力产生于上述结合构件的上述嵌合部附近，以使超过了弹性限度的上述嵌合部的材料的一部分填埋上述被结合构件与上述结合构件的间隙的方式使该超过了弹性限度的上述嵌合部的材料的一部分塑性流动，从而连接上述结合材料和被结合材料而使两者一体化。
本发明的另一技术方案的结合构件与被结合构件的结合体，使用于一体地结合层叠旋转盘的结合构件与作为旋转轴的被结合构件并进行回转的装置，其特征是，用使之产生足以使上述结合构件的材料塑性变形的应力的负荷加压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁，进行预塑性结合，再用超过上述结合构件的材料的弹性限度的负荷加压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁，沿上述被结合构件的轴向使压缩力产生于上述结合构件的上述嵌合部附近，以使超过了弹性限度的上述嵌合部的材料的一部分填埋上述被结合构件与上述结合构件的间隙的方式使该超过了弹性限度的上述嵌合部的材料的一部分塑性流动，从而连接上述结合材料和被结合材料而使两者一体化。
本发明的又一技术方案的机械装置，具有结合构件和被结合构件的结合体，上述结合体是使用于一体地结合层叠旋转盘的结合构件与作为旋转轴的被结合构件并进行旋转的装置的结合体，该结合体是通过推压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁、再推压作为被塑性变形了的一部分的、被结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁而使结合构件与被结构构件塑性流动结合而成的。
附图说明
图1是适用本发明的硬盘装置的整体图。
图2是图1所示的硬盘装置的剖面图。
图3是使用了毂和轴的结合体的硬盘装置的动压轴承主轴电动机的纵剖面图。
图4是毂与轴的结合体的纵剖面图。
图5是轴的图。
图6是毂的纵剖面图。
图7预塑性结合工序的金属模具的纵剖面图。
图8是预塑性结合完毕后的轴与毂的结合部的放大纵剖面图。
图9是塑性流动结合工序的金属模具的纵剖面图。
图10是塑性流动结合完毕后的轴与毂的结合部的放大纵剖面图。
图11是轴的槽部的放大纵剖面图。
图12是轴的R形状槽部的放大纵剖面图。
图13是轴的具有滚花的槽部的放大图。
图14是表示预塑性结合完毕后的应力的轴与毂的结合部的放大纵面图。
图15是表示塑性结合完毕后的应力的轴与毂的结合部的放大纵面图。
具体实施方式
本发明是一种结合方法和结合体，该结合方法和结合体是塑性流动结合在例如电子计算机等的盘装置、DVD、CD-ROM中使用的主轴电动机、特别是笔记本型个人计算机那样的便携式计算机中搭载的薄型硬盘驱动马达中动压轴承构造的主轴马达的轴与毂那样的两个构件的方法及结合体。作为本发明的塑性流动结合两个构件的结合方法和结合体的实施例，在此，以使用毂和轴的结合体的硬盘装置的动压轴承主轴电动机为例进行说明。
在图1中，表示了硬盘装置的整体图，在图2中表示图1所示的硬盘装置的剖面图。
在图1和图2中，200是硬盘装置(HDD)，在该硬盘装置(HDD)200中，设有该动压轴承主轴电动机100，由读取装置300对由该动压轴承主轴电动机100驱动旋转的硬盘进行读入。
图3是表示使用了本发明的毂与轴的结合体的硬盘装置的动压轴承主轴电动机的一实施例的图。
在图3中，由本发明的结合方法使轴1和毂2一体化，在毂2上固接着磁体13。在毂2的凸缘24上夹着盘隔垫4层叠作为存储介质的多个盘3，由用螺栓6紧固在轴1的阴螺纹32上的夹紧部件5固定着。轴1可旋转地嵌合在动压轴瓦8的内径中，该动压轴瓦8被固定在壳体7上，由于旋转而由充填在壳体内的磁性流体产生的动压效果构成向心动压轴承。壳体7被固接在基座11上。推力承受板10在其与动压轴瓦8之间夹入挡圈12地结合在壳体7上，用推力承受面4支承轴1的球状端部40而构成推力轴承。另外，轴1由嵌合在限动槽42中的挡圈12抑制推力方向的浮上。被绕线的定子芯14由粘接剂固接在基座11上，当通电时，磁体13受到旋转力而使毂2旋转。
接着，对毂2与轴1进行说明。
作为结合体的毂2的材质最好是容易塑性变形、比作为被结合体的轴1的变形阻力小，考虑到耐腐蚀性作为电动机的磁特性，由铁素体类不锈钢、例如SUS430构成。轴1形成为圆柱状、考虑到轴承性能，由耐磨损性、耐腐蚀性优秀的马氏体类不锈钢、例如SUS440C或SUS420J2构成，并经过淬火处理。在该轴1的一端近旁的被结合外径部设有环状的槽31。对于槽形状的详细情况在后叙述。
图4是表示本发明的毂与轴的结合体的一实施例的图。
在图4中，在轴1的一端近旁的被结合外径部形成着环状的槽31的轴1，如图6所示，用以下所述那样的方法塑性结合在比轴1的外径大的直径的毂2的结合孔21中。该轴1和毂2的结合是将图5所示的轴1间隙配合地嵌合在图6所示的毂2中，由进行预塑性结合的第一工序和进行塑性流动结合的第二工序来进行的。
因此，首先对进行预塑性结合的第一工序进行说明。
如图7所示，用挡块63保持毂2的底面23，用导引圈61的内径62保持毂2的外径25，然后，在毂2的结合孔21中插入轴1的在被结合外径部上形成有环状槽31侧的端部34。
在该毂2的结合孔21中插入了轴1的端部34时的轴1与毂2的嵌合部的间隙、即毂2的结合孔21的壁面与轴1的外周面的间隙为了获得结合精度最好是设定为0～0.02mm的微小间隙。在本实施例中，相对于轴1的外径设定为3.00mm，将毂2的结合孔21的内径设定为3.01mm。
这样，用挡块63保持毂2的底面23，在毂2的结合孔21中插入嵌合轴1的端部34时，在导引圈61的内径65中嵌合预结合冲头60，在形成于该预结合冲头60的大致中心的导引孔64中嵌合轴1并保持轴1。当由被该导引圈61的内径65导引的预结合冲头60的导引孔64保持轴1时，由图中未示的压力机压头打入预结合冲头60，当由该压力机压头打入预结合冲头60时，设在该预结合冲头60的前端的凸起宽度为K的环状凸起66推压毂2的端面22的结合孔21的近旁。
该预结合冲头60的推压力是使用使之产生足以使形成毂2的材料塑性变形的应力的负荷产生的垂直地且填埋轴1与毂2的嵌合间隙的程度的深度塑性变形的力。由这样的负荷推压预结合冲头60，使毂2的结合孔21的近旁的材料塑性流动而进行预结合。这样地被预结合后的结合部如图8的放大纵剖面图所示。
以下对进行塑性流动结合的第二工序进行说明。
在图9所示的第一工序中，预结合了的轴1和毂2的预结合体80由挡块63保持毂2的底面23，由导引圈61的内径62保持毂2的外径25，轴1由被导引圈61的内径65导引的冲头70的导引孔74保持。在这样的状态下，由未图示的压力机压头打入冲头70。当由该压力机压头打入冲头70时，设在该冲头70的前端的比预结合冲头60的预结合凸起66的凸起宽度W小的突起宽度为W的环状的结合凸起76推压在第一工序中形成在毂2上的预结合痕71的底面72的结合孔21的近旁。
该冲头70的推压力是仅由产生足以使形成毂2的材料塑性变形的负荷产生的压力。用这样的负荷推压冲头70，使毂2的结合孔21近旁的材料塑性流动到全周槽31中而进行结合。这样地被塑性流动结合后的结合部如图10的放大纵剖面图所示。
另外，为了获得高的结合精度，预结合冲头60的导引孔64、冲头70的导引孔74与轴1的外周面的间隙越小越好。而且，当预结合冲头60的预结合凸起66的凸起宽度K和推压深度J过大时，用于使塑性变形的负荷变大，会使毂2的精度变差。
另外，当冲头70的结合凸起76的凸起宽度W和推压深度H也过大时，用于使塑性变形的负荷变大，使流动到槽内的以上的材料流动，使结合精度变差，因此与槽形状对应地进行设定。
接着，对轴1的槽31的形状进行说明。
在图11中表示着轴1的槽31的局部的一个例子。决定该轴1的槽31的横截面形状的要素是槽深度H、槽宽度B、槽角度θ、槽数量n等。
轴1的槽31的槽深度H过浅时，在沿轴向作用外力时，由于容易塑性变形而不能获得足够的剪切强度。另外，该轴1的槽31的槽深度H过深时，向槽内流入的材料不足够，产生空隙，因此，强度降低。另外，在轴1的下部如图7所示设有螺纹旋入夹紧部分5的螺纹孔67，在形成有该螺纹孔67的轴1的内壁面上设有阴螺纹32。因此，轴1的下部的毂2的结合部附近的壁厚变薄。因此，当加深图11所示的轴1的槽31的槽深度H时，轴1的强度变低，因此，轴1的槽31的槽深度H最好是0.07～0.13mm左右。
轴1的槽31的槽宽度D可以对应于结合部所需要的剪断强度进行变化，但是，当宽度太宽时，在与毂2结合时，从冲头70的前端到轴1的槽31的下部的距离变长，应该流入轴1的槽31内的毂2的结合孔21近旁的材料的流动摩擦损失变大。因此，即使由冲头70对毂2施加大的负荷，轴1的下部附近的毂2的结合孔21的近旁的材料的内部应力也不会高到足以进行塑性变形的程度。因此，轴1的下部附近处的毂2的结合孔21的近旁的材料的塑性变形量变少，朝向轴1的槽31的内部流入的毂2的结合孔21近旁的材料不足够。这样，由于当加深图1所示的轴1的槽31的槽深度H时使轴1的强度降低，因此轴1的槽31的槽深度H最好是0.07～0.13mm左右。
另外，如图11所示，表示轴1的槽31的张开情况(角度)的槽角度θ，当轴1的槽31的张开角度θ小时，在由冲头70对毂2施加了大的负荷时，毂2的结合孔21近旁的材料难以流向轴1的槽31的内部。另外，当轴1的槽31的张开角度θ大时，在由冲头70对毂2施加了大的负荷时，毂2的结合孔21的近旁的材料的吃入变浅，抗拔强度变弱。这样，由于当减小图1所示的轴1的槽31的槽角度θ时，难以流向轴1的槽31的内部，当增大轴1的槽31的槽角度θ时，抗拔强度变弱，因此，轴1槽31的槽角度θ最好是60°～120°左右。
另外，轴1的槽31的槽的数量n由于越多轴1与毂2的接触面积越大，抗拔强度高。但是当增多轴1的槽31的槽的数量n时，由冲头70对毂2施加了大的负荷时的毂2的结合孔21近旁的材料向轴1的槽31内部的流入变差。因此，当使轴1的槽31的槽数量n过多时，相反，抗拔强度变低。因此，轴1的槽31的槽的数量n在n＝2时抗拔强度最高。当使槽宽度B相同，比较槽数量n＝1和n＝2的情况时，由于n＝2时轴与毂的接触面积大，因此抗拔强度高。
另外，轴1的槽31的横截面形状不一定非要是图11所示的三角形状，也可以是图12所示的R形状。另外，在轴1的下部与毂2的结合部需要高的转矩强度时，如图13所示，可以在轴1的槽31之间的凸起部设置滚花36。
另外，轴1的槽31当沿轴1的全周被形成时，在由冲头70对毂2施加了大负荷时的毂2的结合孔21近旁的材料在全周上均等地塑性流动，紧迫力在全周上也均等地进行作用，因此，可以同时提高垂直精度、强度。另外，轴1的槽31由于可由车床加工成形，因此，生产率也高。
另外，轴1的槽31的位置最好是尽量地接近毂2的推压面24地设定，当远离上述推压面24时，流动摩擦阻力变大，毂2的结合孔21近旁的材料难以流入轴1的槽31的槽内部。
因此，根据本实施例，如图14所示，将轴1的外周上具有环状的槽31的轴1的外径部间隙嵌合到毂2的结合孔21中，由冲头70对毂2施加大的负荷，使毂2的端面的孔近旁在全周上塑性变形，填埋轴1与毂2的结合孔21的间隙地进行预塑性结合，在应力σ作用在毂2的结合孔21上的状态下使毂2的预塑性结合后的端面的结合孔21的近旁的材料在全周上塑性变形，以填埋轴1的槽31的方式对轴1施加压缩应力，毂2的结合孔21近旁的材料进行塑性流动，由此，如图15所示，由于作用着毂2的结合孔21近旁的材料的剪切力和紧迫力P、而且在从推压部离开紧迫力难以作用到的部分上作用着由预塑性结合产生的应力σ，因此，毂2和轴1的结合强度高。
另外，本发明不限于以上所述的实施例的形式，也可以适用于轴、圆筒等与平板等的其它的各种金属构件间的结合。
根据本发明，即使是薄壁的毂与小径的轴的结合也不产生弯曲和污染，可以获得足够的强度和精度。
另外，结合前的精度可以比压入的粗，可以用廉价的设备，生产率高、可以降低生产成本。

Claims (9)

1.一种结合构件与被结合构件的结合方法，它是使用于一体地结合作为旋转盘的结合构件与作为旋转轴的被结合构件并进行旋转的装置的结合构件与被结合构件的结合方法，其特征在于，由第一工序和第二工序组成；在该第一工序中，在上述被结合构件中嵌合上述结合构件，由预结合冲头进行预塑性结合；在上述第二工序中，在上述第一工序中预塑性结合了后，使上述被结合构件轴向的压缩力产生于上述结合部件的嵌合部近旁，而使上述结合构件的材料的一部填埋上述结合构件与上述被结合构件的间隙地塑性流动而被塑性结合在被结合构件上；连接上述结合材料和被结合材料并使两者一体化。
2.如权利要求1所述的结合构件与被结合构件的结合方法，其特征在于，上述结合构件与被结合构件的嵌合是间隙配合。
3.一种结合构件与被结合构件的结合方法，该结合构件与被结合构件使用于一体地结合作为旋转盘的结合构件与作为旋转轴的被结合构件并进行旋转的装置，其特征在于，在具有比上述被结合构件的外径大的内径的结合构件的嵌合孔中插入上述被结合构件并进行定位，
用使之产生足以使上述结合构件的材料塑性变形的应力的负荷加压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁，进行预塑性结合，
再用超过上述结合构件的材料的弹性限度的负荷加压该结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁，
沿上述被结合构件的轴向使压缩力产生于上述结合构件的上述嵌合部近旁，使超过了弹性限度的上述嵌合部的材料的一部分埋入上述被结合构件与上述结合构件的间隙地塑性流动，
连接上述结合构件和被结合构件并使两者一体化。
4.如权利要求1所述的结合构件与被结合构件的结合方法，其特征在于，在上述被结合构件的与上述结合构件的嵌合部形成有环状的槽。
5.如权利要求4所述的结合构件与被结合构件的结合方法，其特征在于，在形成于上述被结合构件的与上述结合构件的嵌合部上的环状槽上形成着滚花。
6.一种结合构件与被结合构件的结合体，使用于一体地结合层叠旋转盘的结合构件与作为旋转轴的被结合构件并进行旋转的装置，其特征在于，用使之产生足以使上述结合构件的材料塑性变形的应力的负荷加压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁，进行预塑性结合，再用超过上述结合构件的材料的弹性限度的负荷加压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁，沿上述被结合构件的轴向使压缩力产生于上述结合构件的上述嵌合部附近，使超过了弹性限度的上述嵌合部的材料的一部分填埋上述被结合构件与上述结合构件的间隙地塑性流动，连接上述结合材料和被结合材料而使两者一体化。
7.如权利要求6所述的结合构件与被结合构件的结合体，其特征在于，在上述被结合构件的与上述结合构件的嵌合部形成着环状的槽。
8.如权利要求7所述的结合构件与被结合构件的结合体，其特征在于，在形成于上述被结合构件的与上述结合构件的嵌合部上的环状槽上形成着滚花。
9.一种机械装置，具有结合构件和被结合构件的结合体，该结合体是使用于一体地结合层叠旋转盘的结合构件与作为旋转轴的被结合构件并进行旋转的装置的结合体，该结合体是通过推压上述结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁、再推压作为被塑性变形了的一部分的、被结合构件的上述被结合构件嵌合部近旁而使结合构件与被结合构件塑性流动结合而成的。
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