CN1673560A - 嵌接部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种嵌接部件，包括被嵌接部件、突出部分和孔部之间的嵌接结构，其特征在于：上述嵌接部件还包括有嵌接部件单元(3)和覆盖嵌接部件单元(3)的润滑层，上述润滑层包括比用于嵌接部件单元(3)的材料弹性更大的合成树脂层(1)、和从合成树脂层(1)的表面露出的无机颗粒(2)。

Description

嵌接部件及其制造方法
技术领域
本发明总体上涉及一种用于与被嵌接部件一起形成突出部分和孔部之间的嵌接结构的嵌接部件，以及该嵌接部件的制造方法。
背景技术
嵌接部件与被嵌接部件一起形成轴和轴承间的嵌接结构。嵌接部件被构成以与被嵌接部件的尺寸和结构对应。当嵌接部件通过松动配合、干涉配合等与被嵌接部件一起形成轴与轴承间的嵌接结构时，嵌接结构需要很高的尺寸精度。所以，当使用传统金属来制造嵌接部件时，需要数次冷锻和高精度的切割，而所有这些都需要高额的费用。
考虑到降低成本，在制造嵌接部件时可以使用具有冷锻性质的金属材料，或易通过模制工序制作的合成树脂。这种技术是通用技术，在此没有必要提及。
将用于控制变速器的液压的电磁阀装配到汽车变速器上的装配结构，是一个作为众所周知的轴与轴承之间的嵌接结构的实例。这种嵌接结构在专利文献：JP H06-241333A(图1和图3)中已公开。具体而言，如图2中所示，电磁阀的底座部分11，就是起嵌接部件的作用，被安装进作为被嵌接部件的变速器的孔部(hole portion)，因此电磁阀被安装在变速器上。包括电磁阀的突出部分的底座部分11和变速器的孔部这样精密地形成，使在轴和轴承的嵌接结构之间缝隙控制在10μm到15μm之间，这样可以防止液压油从电磁阀的底座部分11和变速器凹口间的缝隙中渗漏出来。
上例中，变速器和电磁阀间的嵌接部件受到由于变速器的振动、液压的波动等而在嵌接部分受到外力。因而电磁阀底座部分11外表面会沿着变速器孔部的内表面滑移。因此为了提高底座部分11和孔部的抗磨性，底座部分11和孔部一般用含硅量高的铝制成。
当电磁阀的底座部分11是用较软且兼有适当冷锻性质的金属材料或合成树脂制作时，只有电磁阀的底座部分11会因为这样的滑移而磨损。因此，接头和接口间的缝隙超出了公差范围，有时会出现液压油从这些缝隙中渗漏的危险。
变速器和电磁阀是在温度-40℃到150℃的环境下使用的。因为，如果电磁阀、尤其是用合成树脂制作的电磁阀的底座部分11外部的热膨胀系数很高，由于加热引起的底座部分11外径的尺寸变化要比变速器金属孔部内径的尺寸变化更大。因此，底座部分11和孔洞部分间的接触压增强，结果，使底座部分11更容易磨损。另外，当电磁阀的底座部分11是通过铸模制作时，则更难控制底座部分11的尺寸精度，因此很难保证接口部分的缝隙控制在如上所述的10μm到15μm间。
从上所述可知，利用具有适当冷锻性质的金属材料或具有铸模性能的合成树脂来制做的这种嵌接部件的运用目前是很受限制的。
有必要提供一种嵌接部件和相应的制造方法，无论用何种材料制作嵌接部件单元，嵌接部件的抗磨性都能提高，而这种嵌接部件的制作成本可以通过提高其尺寸公差来加以降低。本发明考虑到以上因素，既提供这样的嵌接部件又给出了适当的制造方法。
发明内容
根据本发明的一个方面，与被嵌接部件一起形成突出部分和孔部之间的嵌接结构的嵌接部件，其特征在于：上述嵌接部还包含嵌接部件单元3和一个覆盖上述嵌接部件单元3的润滑层，其中上述润滑层包括比用于嵌接部件单元3的材料弹性更大的合成树脂层1和从合成树脂层1的表面上露出的无机颗粒2。
因此，上述无机颗粒接触上述嵌接部件，提高了嵌接部件的抗磨性。另外，依靠具有比嵌接部件单元更容易弹性变形的合成树脂层，嵌接部件和被嵌接部件间的接触压可以被吸收，其程度也就相应地降低。这样减少了嵌接部件的摩擦力，提高了嵌接部件的抗磨性。此外，因为如上所述降低了嵌接部件的摩擦力，无论是被嵌接部件还是无机颗粒都很难被磨损。
根据本发明的另一个方面，嵌接部件的制造方法中，制成润滑层，其中无机颗粒露出于合成树脂层，其特征在于：上述制造方法中还包括一个将分散有无机颗粒2的合成树脂溶液涂覆在上述嵌接部件单元3上的过程、一个蒸发合成树脂溶剂的过程、以及干燥和凝固合成树脂溶液溶质的过程。
因此，上述润滑层包括均匀露出的无机颗粒和具有均衡厚度的润滑层。
附图说明
本发明前面所述和附加的特征，将会根据相应的附图在下面的内容中详细地描述，其中，
图1表示根据本发明的嵌接部件的图示。
图2表示控制变速器液压的电磁阀的图示。
图3表示通过气相沉积过程生成的α氧化铝颗粒的照片。
实施方法
根据本发明的与被嵌接部件一起形成突出部分和孔部(例如轴与轴承)之间的嵌接结构的嵌连接部件。上述嵌接部件包含嵌接部件单元和覆盖嵌接部件单元的润滑层。上述润滑层包括比用于嵌接部件单元的材料更具弹性的合成树脂层，以及露出于上述合成树脂层表面的无机颗粒。根据本发明的嵌接部件能提高它的抗磨性，事实上也提高被嵌接部件相对于嵌接部件的尺寸公差。因此不管嵌接部件单元是由何种材料制成，也不管构成嵌接结构的类型，本发明的嵌接部件能适应轴与轴承间不同类型的嵌接结构。
下面利用图1说明上述嵌接部件中的润滑层的一个典型例子。上述嵌接部件中含有润滑层，其中无机颗粒2露出合成树脂层1表面，以覆盖嵌接部件单元3的表面。具体地，因为嵌接部件通过无机颗粒2在嵌接极限点(fitting limited points)接触被嵌接部件(未示出)，增强了嵌接部件的嵌接部分的抗磨性。另外，由于合成树脂层1比嵌接部件单元3更有弹性，所以可以吸收和减小介于嵌接部件和被嵌接部件间的接触压，所以也能减小嵌接部分的摩擦力。因此，不仅嵌接部件上而且被嵌接部件上的摩擦力都因为无机颗粒2而减小。而且，嵌接部件的厚度尺寸也由于合成树脂层1的弹性形变而改变，因此，也能提升相对于被嵌接部件的嵌接部件的尺寸公差。
上述合成树脂层1包括合成树脂作为主要成分，它比制作上述嵌接部件单元3的材料更具弹性。因此，上述合成树脂层1吸收来自被嵌接部件外力，以此防止来自变速器外界的力对嵌接部件单元3的影响。这种合成树脂的种类没有限制，但是它最好使用一种杨氏模量较低的合成树脂。尤其是，它最好使用碳氟聚合物，例如碳化氟橡胶、丙烯酸橡胶、硅胶以及相类似的材料。另外，上述合成树脂层1的厚度也控制在合适的范围内。例如，合成树脂层1的厚度最好是在10μm到30μm间。这样的合成树脂层1能均匀的覆盖嵌接部件单元3并且能吸收从被嵌接部件施加到嵌接部件的外力。
当图2中的已知变速器的电磁阀的底座部分11使用上述嵌接部件时，因为底座部分11是暴露于液压油的环境中，温度很高，最好是使用具有抗热性和抗油性的合成树脂来制作合成树脂层。尤其是，相对于使用具有交联位(cross-linking sites)的二氟乙烯单体，使用四氟乙烯单体与丙稀单体共聚的碳氟聚合物会更好。由于对酸、碱和胺具有耐久性，碳氟聚合物被用来制作控制引擎的液压的电磁阀底座部分的合成树脂层1。
因为上述无机颗粒2直接与被嵌接部件接触，所以它最好使用具有高硬度的无机颗粒。尤其是陶瓷颗粒，例如氧化铝、氧化锆、二氧化钛或类似的物质。另外，当无机颗粒2在温度很高的环境下使用时，优选使用热膨胀系数小的无机颗粒2。而且，考虑到成本因素，特别优选使用α氧化铝颗粒。
无机颗粒2的尺寸根据合成树脂层1的厚度可自由调节。例如，当合成树脂层1的厚度为10μm时，最好使用尺寸为10-20μm的无机颗粒2。值得提出的是当所有无机颗粒2的尺寸大于20μm时，无机颗粒2就露出的太多，因此合成树脂层1与无机颗粒2的结合力就会降低。基于这一点，优选把每一个无机颗粒2的厚度设置在等于合成树脂层1的厚度与大约两倍合成树脂层1的厚度之间。另外，每一个无机颗粒2的直径优选相同，从而以相同的压力接触被嵌接部件。尤其是，优选地粒径分布(sizedistribution)小的无机颗粒2用于嵌接部件。而且，无机颗粒2混入合成树脂层(2)的百分比是没有限制的。最好使无机颗粒2相对于合成树脂层1的体积百分比设置在20％到30％间。从合成树脂表面露出的无机颗粒2的表面积也没有特殊限制，但最好无机颗粒2的表面积的1/5从合成树脂表面上露出。
嵌接部件单元3的材料没有特殊的限制，常用的材料可以用于嵌接部件。例如，当嵌接部件用于如图2中所示电磁阀的底座部分11时，可以以已知嵌接部件相同的方式使用铝材料制作嵌接部件单元3。当使用铝材料时，根据本发明，实际上是增加了嵌接部件的尺寸公差。因此，没有必要采用一套复杂的切割过程，也相应地降低了制作嵌接部件的精度，从而降低了费用。另外，具有合适的冷锻性质的金属和适当的模压性的合成树脂由于其极差的抗磨性，很难在电磁阀的底座部分11使用，然而尽管如此，根据本发明，当嵌接部件单元3使用这些材料时，嵌接部件的抗磨性将会提高，所以嵌接部件单元3可以在电磁阀的底座部分11中恰当的使用。
当嵌接部件单元3使用金属时，金属的种类没有特殊的限制。铝由于容易加工，所以被认为对于制造嵌接部件单元3是优选的。当使用合成制作树脂嵌接部件单元3时，热塑性树脂和热固性树脂都能使用，尽管如此，由于容易通过铸模过程加工，热塑性树脂用来制作嵌接部件单元3是优选的。选择何种热塑性树脂：聚硫树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂还是聚碳酸酯树脂，取决于使用的目的。尤其是，考虑到抗热性、模压性和化学稳定性，PPS(聚亚苯硫)树脂、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)树脂和尼龙树脂更容易被使用。用于嵌接部件单元3的树脂类型没有限制为一种单体，所以共聚树脂或混和各种成分的树脂都能使用。
甚至在大气高温环境下使用合成树脂且合成树脂发生膨胀时，由于合成树脂层1可以弹性变形，所以可以吸收合成树脂的膨胀部分。因此，合成树脂用来制作嵌接部件单元3是优选的。此外，最好在嵌接部件单元3的合成树脂中大量的混入玻璃填充物，例如石英玻璃，以此降低合成树脂的线性膨胀系数。
偶联剂可以用来增加合成树脂层1和无机颗粒2间以及合成树脂层1和嵌接部件单元3之间的结合力。偶联剂的类型没有限制，一般偶联剂都可以使用。例如，可以使用含有可以连接合成树脂层1和无机颗粒2的功能基团、或者可以连接合成树脂层1与嵌接部件单元3的功能基团的偶联剂。例如偶联剂中含有烷氧基基团(如甲基基团和乙氧基基团)的Si-(OR)3(R烷氧基基团)，用来制作无机颗粒2是优选的。这样的甲基基团能用在无机颗粒2的表面上吸收的水来水解，形成用于连接无机颗粒2表面的硅烷醇(SiOH)基团。即使当嵌接部件单元3是用金属制成时，也能在嵌接部件单元3和合成树脂层1间使用同样的偶联剂。当使用合成树脂制作嵌接部件单元3时，最好使用含有能与合成树脂功能基团反应的功能基团的偶联剂。例如，当合成树脂层1含有羧基基团时，最好使用含有环氧基团或氨基基团的偶联剂。另外，当嵌接部件单元3是用尼龙树脂或PBT树脂制作时，最好使用含有氨基的偶联剂。例如，NH2C2H8Si(OC2H5)3或NH2C2H4NHC3H8Si(OCH3)3就可以做偶联剂，这样能增加碳氟聚合物与氧化铝间的结合力。
此外，即使合成树脂是使用不含直接与偶联剂反应的功能基团的PPS树脂，PPS树脂也能通过改良PPS树脂的表面来与偶联剂结合。例如，通过等离子体照射(plasma exposure)或紫外线辐射，使PPS树脂的苯环的一部分被破坏，以此激发羧基和羰基基团，然后被激发的羧基和羰基基团再与含有环氧基基团或氨基基团的偶联剂反应。
不管嵌接部件单元3是何种材料，根据本发明嵌接部件的抗磨性和尺寸公差都会提高，结果，降低了制作嵌接部件的成本。下面是一个使用本发明制作嵌接部件方法的举例。
这种嵌接部件的制造方法中，无机颗粒2露出于表面的合成树脂层1而形成润滑层，该制造方法包含3个过程：一个把含有胶解无机颗粒的合成树脂溶液涂覆在嵌接部件单元3的表面的过程，一个把合成树脂溶液的溶剂蒸发的过程，和一个干燥和凝固合成树脂溶液的溶质的过程。例如，通过展平(splaying)和浸渍(dipping)的方法把溶液涂覆在嵌接部件单元3的表面。为了提高润滑层的厚度的精确性以具有均匀的厚度水平，最好通过展平的办法来让溶液覆盖在嵌接部件单元3上。溶液也可以通过加热到等于或大于溶液沸点温度以上的办法来蒸发，结果合成树脂干燥和凝固。因此无机颗粒2可以在厚度均匀的合成树枝层(1)上凸现出来。
溶液是这样制备的：制作合成树脂层1的合成树脂溶解在合成树脂能够溶解的溶剂中，直到其具有特殊的粘性，然后把无机颗粒2以合适的比例混入溶液内。如果用于连接合成树脂层1和无机颗粒2的偶联剂或用于连接合成树脂层1和嵌接部件单元3的偶联剂使用时，这种偶联剂就会混入这个浓度的溶液内。例如，当使用四氟化碳分子制作合成树脂层1时，最好通过加热蒸发溶液到150℃到200℃间，把四氟化碳分子溶解在二甲苯里。另外，溶解合成树脂的溶液可以如下制备：首先，把无机颗粒2和偶联剂混和的复合材料板准备好，然后把板切成碎片溶解到溶液中。用于制备合成树脂层1的合成树脂可以通过一般聚合反应制备。此外，可以采用市售合成树脂。
无机颗粒2也可以通过已知的过程制备。例如当α-氧化铝作为无机颗粒2时，拜耳法或气体火焰喷射法(gas flame spraying process)这些一般的方法都可以使用。气体火焰喷射法是最为优选的，因为可以形成如图3中所示的球形氧化铝颗粒。此外，也可以选择市售的无机颗粒作为无机颗粒2。
嵌接部件单元3可以通过依靠合适的嵌接部件制作。当嵌接部件单元3是用金属合成时，可以使用同于一般加工过程的锻压和切削来制作嵌连接部件单元。当嵌接部件单元是用合成树脂制作时，嵌接部件单元3可以使用模压和切削的方法制作。尤其是，当使用可弹性变形的合成树脂层1时，嵌接部件在厚度方向可以变形。在这种情况下，由于不需要很高的尺寸精度，嵌接部件单元3可以通过铸模或切割的方法制备，所以也就降低了制造成本。
偶联剂可以根据热塑性树脂的种类通过有机合成反应制备。此外，可以使用市售化合物。另外，可以通过有机合成反应将合适的功能基团加入到这个的化合物里。
根据本发明嵌接部件的特例将在下面说明。在本例中，嵌接部件包括：由碳氟聚合物构成的合成树脂层1中，其中四氟乙烯和丙稀相对于偏二氟乙烯共聚而成；由α-氧化铝颗粒构成的无机颗粒2，通过气体火焰喷射法制作，以使它的平均颗粒尺度为20μm，而嵌接部件单元3是日本工业标准(JIS)合金号6061的具有冷锻性质的铝材料所制作。这种嵌接部件可以在电磁阀的底座部分11使用。电磁阀的其他结构是与一般电磁阀的结构相同的。
碳氟聚合物溶解在二甲苯中以达到大约1.8泊(pose)的粘度。然后，使加入到溶液中的α-氧化铝颗粒的体积分数在10％到20％间。另外，NH2C2H8Si(OC2H5)3结构的偶联剂加入到溶液中，而其相对于α-氧化铝颗粒的重量分数为1.5％。然后用搅拌棒搅拌溶液5分钟，此时就可得到碳氟聚合物均匀分散的溶液。
此外，电磁阀的底座部分11是用铝材料通过一般的制造方法制作的。在此例中，切削过程被省略了，所以在底座部分11的轴方向的尺寸精度误差范围被设置在-10μm到+10μm间。
溶解有碳氟聚合物的溶液被喷射到电磁阀底座部分11的表面上，厚度为30μm。然后，将底座部分加热到180℃约30分钟来去除作为溶剂的二甲苯。这样具有均匀露出氧化铝颗粒的碳氟聚合物层就制备完成了。由于具有这样的层，即便是电磁阀底座部分11的尺寸精度降低了，电磁阀也能很好的安装进一般变速器接口内。
在此例中，铝材料被用来制作电磁阀的底座部分11，但是底座部分11的材料是没有限制的。例如，PPS树脂在150℃的环境下有合适的抗热性，较强的铸模性和化学稳定性，可选择使用。在此例中，嵌接部件是作为电磁阀的底座部分11使用的，然而，也能作为变速器的接口使用，或既做底座部分11又做接口使用。在上两种环境下，效果相同。
根据本发明制作的嵌接部件可以应用于电磁阀的底座部分。嵌接部件可以使用于不同的目的，例如变速器的接口或引擎的接口。
根据本发明的结构，无机颗粒用来接触嵌接部件，因此可以提高嵌接部件的抗磨性。而且合成树脂层比嵌接部件单元更容易弹性变形，所以嵌接部件和被嵌接部件间的接触压可以被吸收同时它的程度也降低了。减小了嵌接部件的摩擦力，提高了嵌接部件的抗磨性。此外，因为嵌接部件的摩擦力减小了，如上所述，对于被嵌接部件和无机颗粒来说更难被磨损。
根据本发明的结构，通过合成树脂层的弹性变形，嵌接部件的厚度大小也会改变，当嵌接部件是安装进被嵌接部件时，此时对于被嵌接部件来说尺寸公差也会提高，制作嵌接部件的精确度也会降低。
而且，甚至是当嵌接部件单元是用热膨胀系数很高的材料制作时，通过合成树脂层的弹性形变，也可以吸收嵌接部件单元在大气高温环境下的尺寸变化。
因此，不管嵌接部件单元使用何种材料，根据本发明嵌接部件及其制造方法，都可以提高嵌接部件的抗磨性，增加嵌接部件的尺寸公差，降低制作成本。根据本发明制作的嵌接部件可以用来形成轴与轴承间的任意嵌接结构。
根据本发明的结构，因为碳氟聚合物显示了高强度的弹性、耐热性和耐油性，而陶瓷颗粒具有很高的硬度，不管嵌接部件单元使用何种材料，碳氟聚合物和陶瓷颗粒都可在多方面应用。
根据权利要求2的嵌接部件的陶瓷颗粒为氧化铝颗粒。
因为，根据本发明的结构，氧化铝颗粒价格便宜，热膨胀系数也比较小，所以他们在大气高温环境下得到应用。
根据本发明的结构，润滑层包括均匀露出的无机颗粒，润滑层的厚度均衡相同。

Claims (10)

1.一种嵌接部件，与被嵌接部件一起形成突出部分和孔部之间的嵌接结构，其特征在于，上述嵌接部件还包括：
嵌接部件单元(3)；和
覆盖嵌接部件单元(3)的润滑层，
其中上述润滑层包括：
比用于嵌接部件单元(3)的材料弹性更大的合成树脂层(1)；和
从合成树脂层(1)的表面露出的无机颗粒(2)。
2.根据权利要求1所述的嵌接部件，其特征在于：上述合成树脂层(1)为包含碳氟聚合物的树脂层，上述无机颗粒(2)为陶瓷颗粒。
3.根据权利要求2所述的嵌接部件，其特征在于：上述陶瓷颗粒为氧化铝颗粒。
4.根据权利要求1所述的嵌接部件，其特征在于：上述合成树脂层(1)为碳氟聚合物、丙烯酸橡胶或硅胶。
5.根据权利要求1所述的嵌接部件，其特征在于：上述无机颗粒为包含氧化铝、氧化锆或氧化钛的陶瓷颗粒。
6.根据权利要求1所述的嵌接部件，其特征在于：上述无机颗粒(2)的尺寸设置在合成树脂的厚度与大约两倍合成树脂厚度的范围之内。
7.一种嵌接部件的制造方法，根据该方法，形成润滑层时无机颗粒(2)从合成树脂层(1)的表面露出，其特征在于，上述制造方法还包括：一个把分散有无机颗粒(2)的合成树脂溶液涂覆在上述嵌接部件单元(3)上的过程；
一个蒸发合成树脂溶液的溶剂的过程；和
一个干燥、凝固合成树脂溶液的溶质的过程。
8.根据权利要求7所述的嵌接部件制造方法，其特征在于：上述无机颗粒(2)相对于合成树脂层(1)的体积百分比为20％到30％之间。
9.根据权利要求7所述的嵌接部件制造方法，其特征在于：当上述嵌接部件单元(3)是用铝制备，上述合成树脂层(1)是用热塑性树脂例如聚亚苯硫(PPS)树脂、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)树脂或尼龙树脂制备。
10.根据权利要求7所述的嵌接部件制造方法，其特征在于：上述嵌接部件单元(3)通过包含一个烷氧基基团的偶联剂与合成树脂层(1)连接，从而连接上述合成树脂层(1)的上述无机颗粒(2)的表面。
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