JP2007100720A - 滑り軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部の潤滑が良好で、製品寿命の長い軸受を提供する。
【解決手段】金属部４を電鋳加工で形成し、これをインサートして樹脂部１５を射出成形して軸受５とする。樹脂部１５からにじみ出た油が軸受隙間に供給されて、良好な潤滑が保たれるため、異音の発生や軸受と軸部材２との接触摺動による摩耗などが防止される。
【選択図】図３

Description

本発明は、滑り軸受に関するものである。

滑り軸受（以下、単に「軸受」と称する）は、軸部材との間の相対的な回転、摺動、もしくは摺動回転を支持する用途に広く用いられている。特に樹脂製の軸受は、軽量で慣性力が小さいことや大量生産が可能であること等の理由から、幅広く利用されている。

このような軸受として、例えば特許文献１では、樹脂成形部の軸心に電鋳加工による電鋳部をインサートして型成形した軸受部品が提案されている。このように、樹脂成形部の内周に電鋳部を設け、軸受面となる内周面を金属で形成することにより、高い耐摩耗性が得られる。
特開２００３−５６５５２号公報

上記のような軸受と、軸受の内周に挿入された軸部材とを有する軸受装置では、軸受と軸部材との潤滑性を保つために、軸受の内周面と軸部材の外周面との間に潤滑流体（例えば潤滑油）を介在させることがある。しかし、軸受の内周面と軸部材の外周面との間の軸受隙間は、軸部材のがたつきを抑えるために、できるだけ微小な隙間幅に設定され、この軸受隙間に保持される潤滑油の量は極少量である。このため、潤滑油が飛散、蒸発などにより減少すると、潤滑油不足による潤滑不良を招き、異音の発生や、軸受と軸部材との接触摺動による部材の摩耗などの不具合が生じていた。

本発明の課題は、軸部材との潤滑が良好で、異音の発生や部材の摩耗を防ぎ、製品寿命の長い軸受を提供することである。

前記課題を解決するため、本発明の軸受は、金属部と、金属部を内周にインサートして成形された樹脂部とからなり、内周面の少なくとも一部が前記金属部で形成され、且つ前記樹脂部が含油樹脂で形成されることを特徴とする。

このように本発明では、軸受の樹脂部を含油樹脂により成形した。これにより、潤滑油が軸受隙間だけでなく樹脂部内にも保持されることで、潤滑油の保持量が増える。よって、潤滑油が飛散、蒸発により減少しても、樹脂部からにじみ出た油が軸受隙間に供給されるため、軸受隙間に形成された油膜によって軸受装置がスムーズに作動し、潤滑不良による異音の発生や軸部材との接触摺動による摩耗を回避できる。

上記の軸受の金属部は、例えば、電鋳加工によって形成することができる。電鋳加工で形成された軸受面は、電鋳加工の特性上、マスター軸の表面が精度よく転写され、マスター軸の表面精度に倣った面精度となる。従って、マスター軸の表面精度を高めておけば、高い軸受面精度が得られ、軸受の回転精度や摺動精度を高めることができる。

上記の軸受と、軸受の内周に挿入された軸部材とを有する軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えたモータは円滑に作動するため、異音の発生がなく、製品寿命も長い。

以上のように、本発明の軸受は、軸部材との潤滑が良好なため、異音の発生や部材の摩耗を防止できる。よって、潤滑油不足による潤滑不良を起こしやすい従来品に比べ、製品寿命の延長を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

本発明の実施形態を示す軸受５（図３参照）は、マスター軸２の所要個所をマスキングする工程、非マスク部に電鋳加工を行って電鋳軸１を形成する工程（図１参照）、電鋳軸１の金属部４を樹脂で射出成形する工程（図２参照）、及び金属部４とマスター軸２とを分離する工程を経て製作される。

なお、以下の説明において、「回転用の軸受」とは、軸部材との間の相対回転を支持する軸受を意味し、軸受が回転側となるか固定側となるかを問わない。「摺動用の軸受」とは、軸との間の相対的な直線運動を支持する軸受を意味し、同様に軸受が移動側となるか固定側となるかを問わない。「回転摺動用の軸受」とは、前記二つの軸受の機能を併せ持つもので、軸との間の回転運動及び直線運動の双方を支持する軸受を意味する。また、「揺動用の軸受」とは、例えばボールジョイントのように、軸の三次元方向の運動が許容される軸受を意味する。

マスター軸２は、導電性材料、例えば焼入処理をしたステンレス鋼で、ストレートな横断面円形の軸として製作される。もちろんステンレス鋼に限定されるものでなく、剛性などの機械的強度、摺動性、耐熱性、耐薬品性、金属部４の加工性及び分離性など、軸受の機能上あるいは軸受製作の都合上求められる特性に適合した材料、さらには熱処理方法が選択される。セラミック等の非金属材料でも、導電処理を施すことにより（例えば表面に導電性の金属皮膜を形成することにより）使用可能となる。なお、マスター軸２の表面には、金属部４との間の摩擦力を減じるための表面処理、例えばフッ素系の樹脂コーティングを施すのが望ましい。

マスター軸２は、中実軸の他、中空軸や中空部に樹脂を充填した中実軸であっても良い。また、回転用の軸受では、マスター軸の横断面は基本的に円形に形成されるが、摺動用の軸受の場合は横断面を任意形状にすることができ、円形のほかに多角形状や非真円形状とすることもできる。また、摺動用の軸受では、基本的にマスター軸２の横断面形状は軸方向で一定であるが、回転用の軸受や回転摺動用の軸受では、軸の全長にわたって一定の横断面形状ではない形態をとることもある。

マスター軸２の外周面精度は、後述する軸受隙間の精度を直接左右するので、真円度、円筒度、表面粗さ等の軸受機能上重要となる表面精度を、予め高精度に仕上げておく必要がある。例えば回転用の軸受では、軸受面との接触回避の観点から真円度が重視されるので、マスター軸２の外周面はできるだけ真円度を高める必要がある。例えば、後述する軸受隙間の平均幅（半径寸法）の８割以下にまで仕上げておくのが望ましい。従って、例えば軸受隙間の平均幅を２μｍに設定する場合、マスター軸外周面は１．６μｍ以下の真円度に仕上げるのが望ましい。

マスター軸２の外周面には、図１の散点で示すように、金属部４の形成予定部を除き、マスキングが施される。マスキング用の被覆材３としては、非導電性、及び電解質溶液に対する耐食性を有する既存品が選択使用される。

電鋳加工は、ＮｉやＣｕ等の金属イオンを含んだ電解質溶液にマスター軸２を浸漬し、電解質溶液に通電して目的の金属をマスター軸２の表面に析出させることにより行われる。電解質溶液には、カーボンなどの摺動材、あるいはサッカリン等の応力緩和材を必要に応じて含有させてもよい。電着金属の種類は、軸受の軸受面に求められる硬度、疲れ強さ等の物理的性質、化学的性質に応じて適宜選択される。金属部４の厚みは、これが厚すぎるとマスター軸２からの剥離性が低下し、薄すぎると軸受面の耐久性低下等につながるので、求められる軸受性能や軸受サイズ、さらには用途等に応じて最適な厚みに設定される。例えば軸径１ｍｍ〜６ｍｍの回転用の軸受では、１０μｍ〜２００μｍの厚さとするのが好ましい。

以上の工程を経ることにより、図１に示すように、マスター軸２外周に円筒状の金属部４を被着した電鋳軸１が製作される。なお、マスキング用の被覆材３が薄い場合、金属部４の両端は被覆材３側に迫り出し、内周面にテーパ状の面取り部が形成される場合がある。この面取り部を利用して、金属部の樹脂部からの抜け落ちを防止するフランジ部を形成することもできる。本実施形態では、面取り部が形成されない場合を例示する。

電鋳軸１は、図２に示す射出成形工程に移送され、金属部４及びマスター軸２をインサート部品とするインサート成形が行われる。

この射出成形工程では、電鋳軸１は、図２に示すようにその軸方向を型締め方向（図面上下方向）と平行にして、上型６、および下型７からなる金型内部に供給される。下型７には、マスター軸２の外径寸法に適合した位置決め穴９が形成され、この位置決め穴９に前工程から移送した電鋳軸１の下端を挿入して電鋳軸１の位置決めがなされる。上型６には、位置決め穴９と同軸にガイド穴１０が形成されており、型締め時に可動型（本実施形態でいえば上型６）を固定型（本実施形態では下型７）に接近させて型締めすると、先ず電鋳軸１の上端がガイド穴１０に挿入されて電鋳軸１の芯出しが行われる。さらに接近させ、上型６と下型７とが当接し、型締めが完了する。

本実施形態では、図２に示す型締め完了時において、電鋳軸１の下端は位置決め穴９の下端に突き当たり、金属部４の上端は成形面の上端面より下に位置し、金属部４の下端は成形面の下端面より上に位置する。すなわち、金属部４の軸方向寸法は、成形面の軸方向寸法より小さく設定される。この状態で、スプール１２、ランナー１３、およびゲート１４を介してキャビティ８に樹脂材料を射出し、インサート成形を行う。

射出成形工程で使用する樹脂材料は、含油樹脂が用いられる。含油樹脂として、例えば、潤滑成分（潤滑油または潤滑グリース）を樹脂中に分散保持した状態で固化（硬化）したものが使用可能であり、その成分となる樹脂や潤滑油、潤滑グリースの種類は特に限定しないで採用できる。このような含油樹脂の樹脂成分の具体例としては、超高分子量ポリオレフィン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーなどの熱可塑性樹脂が、また、潤滑成分の具体例としては、鉱油、合成炭化水素油、エステル油などの潤滑油が挙げられる。また、樹脂として熱可塑性樹脂を使用し、かつ潤滑成分として潤滑グリースを使用する場合には、熱可塑性樹脂の融点より高い滴点を有する潤滑グリースを採用することが好ましい。これらの樹脂材料には、必要に応じて強化材（繊維状、粉末状等の形態は問わない）や応力緩和材等の各種充填材を加えても良い。

本発明に使用できる含油樹脂は上記に限らず、例えば、樹脂材料に塩化ナトリウムや硫酸ナトリウムなどの水溶性添加剤を配合し、成形後に水に浸漬して添加剤を溶融することによって得られる多孔質樹脂に潤滑油を含浸させて使用することもできる。この場合、内部に含浸した潤滑油が周囲へ漏れ出さないために、軸受隙間に潤滑油を供給する部分を除く表面は、封孔処理しておくことが望ましい。封孔処理の手段としては、表面に露出した空孔内への樹脂等の含浸、あるいは、ニッケル等の金属メッキ被膜の形成等による表面コーティングなどが考えられる。この他、含油した多孔質粒子を配合した樹脂も使用可能である。

型開き後、脱型した成形品は、図３で示すように、マスター軸２、金属部４、および樹脂部１５が一体となった構造を有する。この成形品は、その後分離工程に移送され、金属部４および樹脂部１５からなる軸受５と、マスター軸２とに分離される。

この分離工程では、金属部４に蓄積された内部応力を解放することにより、金属部４の内周面を拡径させ、マスター軸２の外周面から剥離させる。内部応力の解放は、マスター軸２又は軸受５に衝撃を与えることにより、あるいは金属部４の内周面とマスター軸２の外周面との間に軸方向の加圧力を付与することにより行われる。内部応力の解放により、金属部４の内周面を半径方向に拡径させて、金属部４の内周面とマスター軸２の外周面との間に適当な大きさの隙間を形成することにより、金属部４の内周面からマスター軸２を軸方向にスムーズに引き抜くことができ、これにより成形品を、金属部４及び樹脂部１５からなる軸受５と、マスター軸２とに分離される。なお、金属部４の拡径量は、例えば金属部４の肉厚を変えることによって制御できる。

衝撃の付与だけでは金属部４の内周を十分に拡径さえることができない場合、金属部４とマスター軸２とを加熱又は冷却し、両者間に熱膨張量差を生じさせることによって、マスター軸２と軸受５とを分離することもできる。

こうして形成された軸受５の内周に別途製作した軸部材を挿入し、軸受５の内周面と軸部材の外周面との間の軸受隙間に潤滑油を充填することで、軸受装置が完成する（図示省略）。

本実施形態では、図３のように、軸受５の内周面が、電鋳部４の内周面４ａと樹脂部１５の小径内周面１５ａとで形成され、電鋳部４の内周面４ａが軸受面１１として作用する。射出成形後の固化時に、樹脂部１５の小径内周面１５ａが成形収縮により拡径するよう樹脂材料の組成や成形条件を配慮することにより、マスター軸２の外周面との間に微小隙間を形成することができる。これにより、樹脂部１５とマスター軸２とを容易に分離することが可能となる。微小隙間の幅が適切であれば、軸受の内周に軸部材が挿入された軸受装置において、樹脂部１５の小径内周面１５ａと軸部材の外周面との間の微小隙間を毛細管シールとして機能させることができ、軸受隙間からの潤滑油の流出防止に有効となる。この他、マスター軸２の分離後、機械加工等で小径内周面１５ａを形成しても良い。

このように毛細管シールは、樹脂部１５の小径内周面１５ａを拡径させる他、小径内周面１５ａに対抗する軸部材の外周面に小径外周面（図示省略）を形成することで構成することもできる。また、毛細管シールを、軸受隙間側ほど隙間幅を徐々に縮径させたテーパシールとすれば、より有効な潤滑油の流出防止が可能となる。

軸部材として、マスター軸２を使用することもできる。この場合、金属部４とマスター軸２との分離工程でできた、金属部４の内周面とマスター軸２との間の微小隙間は軸受隙間として機能する。この軸受隙間は、電鋳加工の特性から、クリアランスが極めて小さく、かつ高精度であるという特徴を有するため、高い回転精度または摺動性を有する軸受の提供が可能となる。なお、上述のように、別途製作した軸部材と置き換えて軸受を構成する場合、一度マスター軸２を製作すれば、これを繰返し転用することができるので、マスター軸２の製作コストを抑え、軸受５のさらなる低コスト化を図ることが可能となる。

油が含浸された含油樹脂からなる樹脂部１５は、一部が軸受隙間に臨んでいるため、軸受５の作動（回転、摺動、回転摺動、又は揺動）時に、樹脂部１５からにじみ出た油が軸受面１１と軸部材の外周面との間に油膜を形成する。よって、常に潤沢な潤滑油が軸受隙間に介在するので、油不足による潤滑不良による異音の発生や、軸部材と軸受５との接触摺動による摩耗が回避され、製品寿命が延長される。

また、樹脂部１５の小径内周面１５ａと大径内周面１５ｂとの間に形成された段部１６が、金属部４の上端及び下端と係合することにより、金属部の軸方向の抜け落ちを防止するアンカー効果も得られる。

本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、マスター軸２に電鋳加工により形成される金属部４の軸方向寸法や、金型６、７の形状を調整して、軸受５の内周面を全て金属部４で形成することもできる（図４参照）。この場合、含油樹脂からなる樹脂部１５は軸受隙間に臨まないが、にじみ出た油が金属部４の上端あるいは下端をまわりこんで軸受隙間に達するため、上記と同様の潤滑効果が得られる。

また、別の実施形態として、軸方向に離間した複数箇所をマスキングして電鋳加工を行い、軸受５の内周面に軸方向に離間した複数の電鋳面を備えることもできる（図５参照）。この方法によると、必要な部分（例えば動圧溝形成部分）のみを電鋳面とすることができるため、コストが低減できる。また、含油樹脂製の樹脂部が軸受隙間に臨む面積を拡大すれば、油が供給されやすくなり、よりスムーズな潤滑効果が得られる。さらに、軸受面１１が軸方向に離隔した複数箇所に形成されるため、モーメント荷重に対する軸受剛性も高まる。

以上で示した軸受は、金属部４の内周面４ａと軸部材の外周面との間の軸受隙間に、流体の動圧作用で圧力を発生させる動圧軸受として使用することも可能である。この動圧軸受は、例えば軸部材の外周面に、ヘリングボーン形状等に形成した動圧溝、多円弧面、あるいはステップ面等の動圧発生部を形成し、この動圧発生部を金属部４の真円状内周面４ａと対向させることで構成することができる。これとは逆に、金属部４の内周面４ａに動圧発生部を形成することもでき、この場合、金属部内周面４ａの動圧発生部は、マスター軸２の外周面に動圧発生部の形状に対応した型を形成して電鋳加工を行うことで形成可能である。その後、同様の手順で軸受５とマスター軸２の分離を行い、さらに軸受５の内周に真円状の外周面を有する軸部材を挿入することで、動圧軸受が構成される。

次に、以上に説明した軸受を備えた軸受装置をモータ２１の回転軸の支持に適用し、その一実施形態を図６に基いて説明する。

図示例のモータ２１は、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるスピンドルモータである。このモータ２１の軸受装置は、軸部材２２をラジアル方向に回転自在に支持するラジアル軸受部Ｒと、スラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部Ｔとを有する。ラジアル軸受部Ｒは、軸部材２２を軸受５の内周に挿入して構成され、スラスト軸受部Ｔは、軸部材２２の凸球面状の軸端を、軸受５の端面に対向させたスラストプレート２３で接触支持することによって構成される。軸受５は、以上の説明で述べたとおり、金属部４をインサートした射出成形により形成される。そして、モータ２１は、この軸受装置以外にも、軸部材を装着したロータ（ディスクハブ）２４と、例えば半径方向のギャップを介して対向させたステータコイル２５およびロータマグネット２６とを備えている。ステータコイル２５は、ブラケット２７の外周に取付けられ、ロータマグネット２６はディスクハブ２４の内周に取付けられている。ディスクハブ２４には、磁気ディスクＤが一又は複数枚保持されている。

ステータコイル２５に通電すると、ステータコイル２５とロータマグネット２６との間の電磁力でロータマグネット２６が回転し、それによって、ディスクハブ２４及び軸部材２２が一体となって回転する。

このモータ２１の軸部材２２としては、マスター軸２のみならず、マスター軸２と置換した別部材の何れもが使用可能である。また、図６では、スラスト軸受部Ｔをピボット軸受で構成した場合を例示しているが、この他にも、動圧溝等の動圧発生手段で軸部材２２をスラスト方向に非接触支持する動圧軸受も使用可能である。

本発明の軸受装置は、以上の例示に限らず、モータの回転軸支持用として広く適用可能である。この軸受装置は、上記のとおりラジアル軸受部Ｒにおいて高精度の軸受隙間（ラジアル軸受隙間）を備えるので、上記ＨＤＤ等の磁気ディスク駆動用のスピンドルモータを初めとして、高回転精度が要求される情報機器用の小型モータ、例えば光ディスクの光磁気ディスク駆動用のスピンドルモータ、あるいはレーザビームプリンタのポリゴンスキャナモータ等における回転軸支持用として特に適合するものである。また、長寿命が要求されるファンモータなどにも適用できる。

以上の説明では、軸受５を回転用の軸受に使用する場合を例示しているが、この他にも軸受５は、摺動用の軸受や、回転摺動用の軸受、あるいは揺動用の軸受の何れにも適用することができる。

本発明の電鋳軸１の斜視図である。 射出成形金型に電鋳軸１を取付けた状態（型締め時）を示す模式図である。 本発明のマスター軸２を備えた状態の含油樹脂軸受５の断面図である。 含油樹脂軸受５の別の実施形態を示す断面図である。 含油樹脂軸受５のさらに別の実施形態を示す断面図である。 本発明を適用したモータ２１を示す模式図である。

符号の説明

１ 電鋳軸
２ マスター軸
３ 被覆材
４ 金属部
５ 軸受
６ 上型
７ 下型
１１ 軸受面
１５ 樹脂部
１６ 段部
２１ モータ
２２ 軸部材
２３ スラストプレート
２４ ロータ（ディスクハブ）
２５ ステータコイル
２６ ロータマグネット
２７ ブラケット
Ｒ ラジアル軸受部
Ｔ スラスト軸受部

Claims (3)

1. 金属部と、金属部を内周にインサートして成形された樹脂部とからなり、
   内周面の少なくとも一部が前記金属部で形成され、且つ前記樹脂部が含油樹脂で形成されることを特徴とする滑り軸受。
2. 前記金属部が電鋳加工で形成される請求項１記載の滑り軸受。
3. 請求項１又は２に記載の滑り軸受と、滑り軸受の内周に挿入された軸部材とを有する軸受装置と、ステータコイルと、ロータマグネットとを備えたモータ。

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