CN1534849A - 轴承装置及其制造方法和具有轴承装置的电动机 - Google Patents

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Abstract

一种轴承装置，被配置成可相对回转的轴承面互相相对的轴承构件(3)或轴构件(4)，由具有空穴的多孔质的金属烧结体形成，并且，利用润滑性树脂封止该金属烧结体的各空穴的轴承面上的开口，将润滑性树脂充填成不从轴承面的金属表面凸起的形状，成为轴承面的一部分，通过金属模精压工序可形成轴承面良好的尺寸精度，不需要实施高价格的车床加工等。通过采用简易且低廉的结构，可得到低成本且高精度的轴承装置。

Description

轴承装置及其制造方法和具有轴承装置的电动机
技术领域
本发明涉及由轴承构件可相对回转地支承轴构件的轴承装置及其制造方法和具有所述轴承装置的电动机。
背景技术
一般来讲，在电动机等的各种回转驱动装置中，大多是采用由轴承构件可相对回转地支承轴构件的轴承装置。在通常的轴承装置中，轴承构件的轴承面和轴构件的轴承面是配置成在半径方向或轴向相互近接的对置状态，为了提高这些的各轴承面的滑动性和耐磨损性，常常实施涂覆或电镀等的表面改良工序。
例如，在利用油和空气等润滑流体的动压的动压轴承装置中，在设置于轴构件及轴承构件的动压轴承面的一方侧，有时形成含有PTFE的聚酰胺-酰亚胺薄膜。在相对该成膜面的另一方侧的动压轴承面上，有时实施铝阳极化处理或Ni-P电镀等的表面处理。并且，在这些轴承面的表面处理后，通过实施车床加工等来确保轴承特性所必需的尺寸精度、或者通过浸蚀加工来形成动压发生用的槽。
然而，在上述那种实施涂覆或电镀等的表面改良工序时，会相应地增大成本。特别是在实施涂覆时，涂料的损失非常多，并且为了使适当的膜厚得到适当的尺寸精度而进行重复涂覆，此时的多余部分由车床加工来除去，成为了多余的工序。在实施电镀等的湿式表面处理时，难以将局部性的缺陷和处理液的局部性残留物完全清除掉，还会成为生锈的原因。
又，由于对于轴承装置的轴构件和轴承构件大多采用了车床加工，因此增加了车床加工所必需的工序费用。特别是在动压轴承装置中，因动压发生用槽是由车床加工和浸蚀加工而形成，故更是一项麻烦且高成本的工序。
发明内容
为此，本发明目的在于，通过采用简易且低廉的结构，提供低成本且高精度的轴承装置及其制造方法和具有轴承装置的电动机及其制造方法。
为了解决上述课题，在本发明的轴承装置中，其特点在于，由具有空穴的多孔质的金属烧结体形成轴承构件或轴构件，该轴承构件或轴构件配置成可相对回转地被支承、轴承面相互呈对置的形态，并且，在所述金属烧结体的各空穴内充填着润滑性树脂，形成了所述轴承面的一部分，利用该润滑性树脂将所述各空穴的所述轴承面上的开口封止，通过使所述润滑性树脂面和所述金属烧结体的金属表面的双方露出，形成了所述轴承面。
采用具有这种结构的轴承装置，在由多孔质的金属烧结体构成的轴承构件或轴构件上实施金属模的精压工序时，可防止以往那种因薄膜的剥离等引起的脱落或胀出(日文：膨れ)，不需要实施高成本的车床加工等，可得到轴承面良好的尺寸精度。
所述轴承装置可以构成设置有动压发生用槽的动压轴承装置，该动压发生用槽通过所述轴承构件与轴构件的相对回转，能使在该轴承构件与轴构件间的轴承间隙内的轴承流体产生动压力。采用本发明，通过采用简易且低廉的结构，可得到低成本且高精度的轴承装置，可大幅度提高动压轴承装置的有用性。
又，本发明的轴承装置，最好是：所述轴承流体是空气，并且将润滑性树脂充填到离轴承面10μm以上的深度，将润滑性树脂充填到至少与空穴的直径相当的深度。这样，能可靠地将空穴的开口封止，特别是在高速回转的空气动压轴承装置中，能容易地得到良好的轴承特性。由此，通过采用简易且低廉的结构，可得到低成本且高精度的空气动压轴承装置，可大幅度提高空气动压轴承装置的有用性。
所述润滑性树脂若采用含浸方式进行充填，则可容易地进行润滑性树脂的充填作业，可提高生产率。
若使所述的轴承装置应用于电动机，则可容易地得到具有良好回转特性的电动机，可廉价地提高电动机的性能。
另一方面，在本发明的轴承装置的制造方法中，其特点在于，预先将可相对回转支承轴构件的轴承构件，由具有空穴的多孔质的金属烧结体来形成，在将所述润滑性树脂涂覆在所述轴承构件的轴承面上之后，使其含浸在所述各空穴内，再将所述润滑性树脂的、从所述轴承构件的形成轴承面的金属表面上凸出的部分除去，作成了将所述润滑性树脂面和所述金属烧结体的金属表面双方露出的轴承面。
若采用具有这种结构的轴承装置的制造方法，则在由多孔质的金属烧结体构成的轴承构件上实施金属模的精压工序时，可防止以往那种因薄膜的剥离等引起的脱落或胀出，不需要实施高成本的车床加工等，可得到轴承面良好的尺寸精度。
又，在本发明的轴承装置的制造方法中，最好是不使所述润滑性树脂含浸在从轴承构件的外周壁面朝向中心侧至10μm的深度区域。这样，能可靠地不使润滑性树脂从轴承构件的外周壁面渗出，可得到轴承面良好的尺寸精度。
综上所述，本发明的轴承装置，由于被配置成可相对回转的轴承面相互呈对置形态的轴承构件或轴构件，由具有空穴的多孔质的金属烧结体形成，并且，利用润滑性树脂将该金属烧结体的各空穴的轴承面上的开口封止，将所述润滑性树脂充填成不从轴承面的金属表面凸起的形状，成为了轴承面的一部分，通过金属模精压工序可形成轴承面良好的尺寸精度，不需要实施高价格的车床加工等，因此，通过采用简易且低廉的结构，可得到低成本且高精度的轴承装置，可大幅度提高轴承装置的有用性。
又，本发明的轴承装置的制造方法，由于将被配置成可相对回转的轴承面相互呈对置形态的轴承构件或轴构件，预先由具有空穴的多孔质的金属烧结体形成，在将润滑性树脂涂覆在所述轴承构件的轴承面上之后，使其含浸在所述各空穴内，将所述润滑性树脂的、从所述轴承构件的形成轴承面的金属表面上凸出的部分除去，作成了将所述润滑性树脂面和所述金属烧结体的金属表面双方露出的轴承面，因此，其后，将所述轴承构件的外周壁面与所述轴承座的内周壁面粘接固定，即使通过金属模的精压工序使轴承面形成了良好的尺寸精度，也可防止以往那种因薄膜的剥离等引起的脱落或胀出。由此，通过采用简易且低廉的结构，可得到低成本且高精度的轴承装置。
附图说明
图1为表示本发明的光偏向装置的多面反射镜驱动用电动机的一实施形态的纵剖面说明图。
图2为将图1所示的电动机中使用的轴承套筒的内周侧轴承面的放大表示的表面构造的说明图。
图3为将图1所示的电动机中使用的轴承套筒的内周侧轴承面的放大表示的纵剖面说明图。
图4为表示将空气动压轴承装置组装在电动机中进行滑动加速试验时的轴承磨损测定结果的线图。
图5为表示将空气动压轴承装置组装在电动机中进行滑动加速试验时的电动机停止状态的发生结果的线图。
具体实施方式
下面参照附图详细说明本发明的实施形态。首先，对适用于本发明的光偏向装置中的多面反射镜驱动用电动机的构造例作一说明。
如图1所示，在与印刷基板兼用的电动机基板1的大致中央部分，立设状地安装着大致中空圆筒状的轴承座2，在该轴承座2的内周壁面侧，通过粘接·轻压或热压配合等方式与利用空气动压的固定轴承构件、即轴承套筒3接合。为了方便于小径的孔加工等，该轴承套筒3由磷青铜等的铜系金属材料所形成的中空圆筒状构件构成，详细的构造后述。
在设于所述轴承套筒3的中心孔内，回转自如地插入有构成转子部的回转轴4。该回转轴4是将中空圆筒管状的不锈钢材料作成了大致圆管形状，轴向的图示下端侧和图示上端侧的两端部分别形成为开口部4a、4b。并且，该回转轴4的图示下端侧的一端面，即、划分成所述开口部4a的环状的端面，被配置在从所述径向轴承部RB的轴承面稍许向轴向外方(图示的下方)凸出的位置，由此，所述回转轴4的图示下端侧的部分不会在所述径向轴承部RB的轴承面内回转。
又，在所述回转轴4的图示下端侧的开口部4a嵌合着封止间隙构件13，将该开口部4a闭塞。该封止间隙构件13是一种从所述回转轴4的开口部4a开始大致呈半球状的表面形状，向图示的下方侧凸出，其大致半球状的表面形状的顶部通过与圆盘状的轴向推力板14对接，构成了支点状的轴向推力轴承部SB。此时，所述轴向推力板14被安装成将前述的轴承座2的图示下端侧的开口部闭塞的形状。
形成于轴承套筒3内周壁部的动压面，相对于形成于所述回转轴4外周壁面的动压面，被配置成在半径方向隔有微小间隙地呈对置的形状，在该微小间隙部分构成了径向动压轴承部RB。即，所述径向动压轴承部RB上的轴承套筒3侧的动压面与回转轴4侧的动压面是以隔开数μm的微小间隙地形成圆周状的对向配置，在由该微小间隙构成的轴承空间内夹有作为润滑流体的空气。
并且，在所述轴承套筒3和回转轴4的两动压面中的至少一方侧，凹设着环状并列的由适当的槽形状所构成的径向动压发生用槽，回转时，依靠该径向动压发生用槽的泵吸作用，对作为润滑流体的空气进行加压而产生动压，利用作为该润滑流体的空气的动压，将后述的转子外壳5与所述回转轴4一起在径向以非接触状态轴支承在所述轴承套筒3上。
另一方面，将由电磁钢板的层叠体构成的定子铁心6，面向所述轴承座2的外周侧的安装面，沿轴向与所述轴承座2的、从所述电动机基板1向图示上方侧凸出的部位进行嵌合，同时在该定子铁心6上，将多个线圈绕组7分别卷绕在设置成朝半径方向的外方侧呈放射状凸出的多个的各凸极部上。
通过对所述回转轴4的压入或热压配合等的静配合工序，在所述回转轴4从所述轴承套筒3向图示上方侧伸出的凸出部分，固定着由铝合金形成的带阶梯圆筒状的转子凸部8。在该转子凸部8的图示下面侧，通过一体性或铆接等的固定方式与大致盆状的转子外壳5的中心部分连设。
在所述转子外壳5的外周侧部分上的立壁5a的内周壁面上，安装着环状的转子磁铁9。该转子磁铁9的内周壁面相对上述的定子铁心6的各凸极部的外端面，在半径方向配置成近接相对的形状。
另外，在所述转子凸部8的外周部分，形成有阶梯状的安装部8a，在该安装部8a的台阶部上嵌合着进行光信息偏向扫描用的多面反射镜11。通过由未图示的固定小螺丝等安装着的盆状的按压构件12将该多面反射镜沿轴向推入而固定在所述回转轴4的图示上端面。
在此，所述轴承套筒3通过粉末冶金加工法，采用具有许多空穴(多孔)的多孔质的磷青铜等的金属烧结体而形成。再具体地讲，在粉末硬化后的所述轴承套筒3坯材的内周壁面上涂覆着含有氟树脂的润滑性树脂、具体是由含有PTFE(聚四氟乙烯)适当比例的聚酰胺-酰亚胺等组成的润滑性树脂，在该涂覆进行之后立即使用真空泵从所述轴承套筒3坯材的外周壁面侧施加负压。
利用该真空泵方式的吸引，附在轴承套筒3坯材的内周壁面侧的润滑性树脂(涂料)被充填成含浸在金属烧结体的空穴(多孔)内的形状，将该空穴(多孔)封止。
此时，通过对上述的真空泵的吸引时间和吸引力的调整，将润滑性树脂(涂料)的含浸进行到离轴承套筒3坯材的内周壁面10μm以上的深度。
如前所述，在将轴承套筒3的外周壁面与轴承座2的内周壁面侧粘接的场合，所述润滑性树脂(涂料)的含浸深度从所述轴承套筒3坯材的外周壁面不到达10μm以内的范围。这样，就可防止润滑性树脂中含有的PTFE(聚四氟乙烯)妨碍上述的轴承套筒3与轴承座2的粘接固定。
由于上述的润滑性树脂(涂料)的含浸而残留于所述轴承套筒3坯材的内周壁面的剩余的润滑性树脂(涂料)，在硬化之前通过刷光等方式除去，成为了由含浸的树脂和金属表面形成轴承面的构造。即，例如图2和图3所示，所述轴承套筒3坯材的内周壁面是一种金属烧结体和润滑性树脂不规则地露出表面的构造，所述润滑性树脂被配置成不从所述金属烧结体的空穴(多孔)的轴承面上的开口周围的金属表面凸起的形状、即不覆盖所述金属烧结体的空穴(多孔)周围的金属表面的形状。
一般来讲，由于空穴(多孔)相对金属烧结体的轴承的比率大致为30％～70％、通常是40％～60％，故轴承面上的所述润滑性树脂的比率大致为30％～70％、通常是40％～60％，又，因该空穴(多孔)的位置及大小是不规则的，故成为了金属和润滑性树脂不规则地构成表面的轴承面。
接着，将所述轴承套筒3的坯材加热至约100℃，由此使溶剂挥发，然后将其升温至约230℃，使润滑性树脂(涂料)硬化。再使用预先刻设有动压发生用槽的金属模对该润滑性树脂硬化后的轴承套筒3坯材的内周壁面实施冲压工序、即金属模精压工序，由此，通过动压发生用槽的复制而得到轴承套筒3的成品。此时，因通过精压工序对烧结体的轴承进行了朝轴向和半径方向挤压变形方式的加工，故可将烧结体的轴承与进入该空穴(多孔)内的润滑性树脂更加牢固地结合。
在由此得到的轴承套筒3的外周壁面上涂覆厌气性粘接剂，然后插通在所述轴承座2的内周壁面侧，例如使用粘接剂将该轴承套筒3的外周壁面固定。用粘接剂固定时，以间隙配合方式将轴承套筒3插通在轴承座2的内周壁面侧，以使该轴承套筒3不产生变形。
再通过铆接等方式，将由此得到的轴承座组固定在所述电动机基板1上。
采用具有如此结构的本实施形态，在对由多孔质的金属烧结体构成的轴承构件、即轴承套筒3实施金属模精压工序时，可防止以往那种因树脂薄膜的剥离等引起的脱落或胀出(日文：膨れ)，可在不实施高价格的车床加工等的情况下得到轴承面的良好的尺寸精度。
图4和图5表示将上述实施形态的空气动压轴承装置组装在电动机中进行滑动加速试验时的测定结果。再具体地讲，该场合是在轴承套筒3的动压轴承面上，含浸有改变了PTFE(聚四氟乙烯)含有量的聚酰胺-酰亚胺系润滑性树脂，而对方的回转轴4使用了SUS303。
首先可以看出，因图4所示的轴承磨损量(纵轴)随着PTFE的含有量(横轴)的增大而大幅度减少，故PTFE具有高润滑性。并且，若将可维持电动机的诸特性的轴承磨损量、例如维持上述实施形态中的多面反射镜11的面倒塌(日文：面倒れ)特性所必需的磨损量(单侧)设定为最大5μm，则PTFE的含有量最好是20重量％以上。
反之，PTFE在成为磨损粉时容易引起凝结，具有难以向轴承外部排出的性质。因此，若将PTFE的含有量增加过多，则该凝结物不断积聚，不久就会失去轴承间隙而使回转轴4不能回转，有可能成为图5的右侧区域那样的电动机停止状态。为了防止因这种磨损粉的堵塞而引起的电动机停止的不良情况，从图5的结果中可以看出，最好是将PTFE的含有量设定为70重量％以下。
另一方面，在具有上述实施形态那种动压轴承装置的电动机中，要求必须是比具有通常的轴承装置的电动机更高精度的尺寸关系，而这种轴承装置所必需的尺寸精度在本发明中容易得到。特别是在上述实施形态中，由于是一种使用了作为轴承流体的空气的高速回转用的空气动压轴承装置，将其中使用的润滑性树脂充填到离轴承面10μm以上的深度为止，因此，可将润滑性树脂充填到至少与空穴的直径相当的深度，由此能可靠地将空穴的开口封止，可极良好且容易地得到电动机的轴承特性。
以上，根据实施形态对本发明者的发明作了具体性说明，但本发明不限定于上述实施形态，在不脱离其宗旨的范围内，当然可作各种变更。
例如，上述实施形态是本发明适用于轴承构件(轴承套筒)的例子，但本发明无论回转·固定，对轴构件也同样适用。
又，上述实施形态是将添加有PTFE的物质用作润滑性树脂，但也可是其它的氟树脂(PFA、FEP、ETFE等)，并且，也可添加二硫化钨、石墨、二硫化钼等的固体润滑剂。
又，上述实施形态是在金属模精压工序中形成了动压发生用槽，也可通过滚轧成形和切削来形成。
并且，上述实施形态是本发明适用于具有动压轴承装置的电动机的例子，但对于通常的轴承装置也同样能适用，对于除了多面反射镜驱动用电动机以外的电动机、以及其它的多种回转驱动装置，本发明也同样适用。

Claims (7)

1.一种轴承装置，由轴承构件可相对回转地支承轴构件，该轴承构件的轴承面与轴构件的轴承面互相相对，其特征在于，
所述轴承构件或轴构件，由具有空穴的多孔质的金属烧结体形成，并且，
在所述金属烧结体的各空穴内充填着润滑性树脂，形成所述轴承面的一部分，利用该润滑性树脂封止所述各空穴的所述轴承面上的开口，
通过使所述润滑性树脂面和所述金属烧结体的金属表面的双方露出，形成所述轴承面。
2.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，构成设置有动压发生用槽的动压轴承装置，该动压发生用槽通过所述轴承构件与轴构件的相对回转，使在该轴承构件与轴构件间的轴承间隙内的轴承流体产生动压力。
3.如权利要求2所述的轴承装置，其特征在于，所述轴承流体是空气，且所述润滑性树脂被充填到离所述轴承面10μm以上的深度。
4.如权利要求1所述的轴承装置，其特征在于，所述润滑性树脂采用含浸方式进行充填。
5.一种电动机，具有轴承装置，该轴承装置被配置成由轴承构件可相对回转地支承轴构件、该轴承构件的轴承面与轴构件的轴承面互相相对，其特征在于，
所述轴承装置的所述轴承构件或轴构件，由具有空穴的多孔质的金属烧结体形成，在所述金属烧结体的各空穴内充填有润滑性树脂，形成所述轴承面的一部分，利用该润滑性树脂封止所述各空穴的所述轴承面上的开口，
通过使所述润滑性树脂面和所述金属烧结体的金属表面的双方露出，形成所述轴承面。
6.一种轴承装置的制造方法，该轴承装置被配置成由轴承构件可相对回转地支承轴构件、该轴承构件的轴承面与轴构件的轴承面互相相对，其特征在于，
预先由具有空穴的多孔质的金属烧结体形成所述轴承构件，
在将所述润滑性树脂涂覆在所述轴承构件的轴承面上之后，使其含浸在所述各空穴内，
将所述润滑性树脂除去从所述轴承构件的形成轴承面的金属表面上凸出的部分，
作成使所述润滑性树脂面和所述金属烧结体的金属表面双方露出的轴承面。
7.如权利要求6所述的轴承装置的制造方法，其特征在于，不使所述润滑性树脂含浸成从所述轴承构件的外周壁面向中心侧至10μm的深度。
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