JP4584093B2 - Plain bearing - Google Patents
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Description
本発明は、金属部をインサートした樹脂の射出成形品である滑り軸受に関するものである。 The present invention relates to a sliding bearing which is an injection molded product of a resin with a metal part inserted.
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、産業機器をはじめ、種々の機器で幅広く利用されている。 Sliding bearings (hereinafter simply referred to as “bearings”) are widely used in applications that support relative rotation, sliding, or sliding rotation with a shaft member. In particular, resin-made bearings are widely used in various devices including industrial devices because they are lightweight and have a small inertial force and can be mass-produced.
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、軸受面の耐摩耗性が向上し、耐久性の高い軸受が得られる。
上記のような軸受では、インサートされた金属部と、金属部を保持する樹脂部との結合力が問題となる。この結合力が不足すると、衝撃荷重等によって金属部と樹脂部とが剥離し、軸受性能に悪影響を及ぼすおそれがある。 In such a bearing, the coupling force between the inserted metal part and the resin part holding the metal part becomes a problem. If this bonding force is insufficient, the metal part and the resin part may be peeled off by an impact load or the like, which may adversely affect the bearing performance.
本発明の課題は、金属部と樹脂部とが強固に結合され、耐久性に優れた軸受を提供することである。 An object of the present invention is to provide a bearing in which a metal part and a resin part are firmly bonded and have excellent durability.
前記課題を解決するため、本発明は、電鋳加工により形成された金属部と、金属部を内周にインサートして型成形された樹脂部とを備え、金属部の内周面に軸受面を有し、金属部の内周に挿入される軸部材との間の相対的な回転を支持する滑り軸受であって、前記金属部の外周面の一部が除去され、その除去部に前記樹脂部が入り込むことにより、前記金属部と前記樹脂部とを軸方向で係合させ、前記軸受面に、マスター軸の外周面に形成された型により動圧発生部が成形されたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention comprises a metal part formed by electroforming, and a resin part molded by inserting the metal part into the inner periphery, and a bearing surface on the inner peripheral surface of the metal part A sliding bearing that supports relative rotation with a shaft member that is inserted into the inner periphery of the metal part, wherein a part of the outer peripheral surface of the metal part is removed, and the removal part includes When the resin part enters, the metal part and the resin part are engaged in the axial direction, and a dynamic pressure generating part is formed on the bearing surface by a mold formed on the outer peripheral surface of the master shaft. And
このように本発明では、金属部の外周面の一部を除去し、そこに樹脂部が入り込んだことを特徴とする。これにより、アンカー効果が発揮され、金属部と樹脂部とが強固に結合されるため、金属部と樹脂部との剥離、さらにはこれを原因とする種々の不具合を回避できる。 As described above, the present invention is characterized in that a part of the outer peripheral surface of the metal portion is removed and the resin portion enters therein. Thereby, since an anchor effect is exhibited and a metal part and a resin part are combined firmly, peeling with a metal part and a resin part and various troubles resulting from this can be avoided.
上記の金属部を電鋳加工で形成すると、軸受面となる金属部の内周面を高い表面精度で仕上げることができるため、軸受隙間を精度良く設定することができ、軸受性能の向上が図られる。 When the above metal part is formed by electroforming, the inner peripheral surface of the metal part that becomes the bearing surface can be finished with high surface accuracy, so the bearing gap can be set with high accuracy and the bearing performance can be improved. It is done.
また、金属部の除去を、金属部の内周面に達するまで、すなわち、金属部を径方向に貫通するまで行うこともできる。この場合、射出成形時に除去部に入り込んだ樹脂材料は、金属部の内周に挿入された内型(コア)の表面に密着した状態で成形される。内型に成形された面は、固化に伴って成形収縮を生じるが、この成形収縮が外径側への変位として現れ、かつこの変位量が適切となるよう樹脂材料の組成を選択し、あるいは成形条件を設定しておけば、金属部の間に樹脂部を底とする溝を形成することが可能となる。この溝は、例えば、軸受隙間に流体の動圧作用を発生させる動圧溝として利用することができる。この他にも、溝を保油部として使用することも可能である。外径側への成形収縮を生じる樹脂材料の代表例として、液晶ポリマー(LCP)をベース樹脂とする樹脂材料を挙げることができる。 Further, the removal of the metal part can be performed until reaching the inner peripheral surface of the metal part, that is, until the metal part penetrates in the radial direction. In this case, the resin material that has entered the removal portion at the time of injection molding is molded in a state of being in close contact with the surface of the inner mold (core) inserted in the inner periphery of the metal portion. The surface molded into the inner mold undergoes molding shrinkage as it solidifies, but the molding shrinkage appears as a displacement toward the outer diameter side, and the resin material composition is selected so that this displacement amount is appropriate, or If the molding conditions are set, it is possible to form a groove with the resin portion as the bottom between the metal portions. This groove can be used, for example, as a dynamic pressure groove for generating a fluid dynamic pressure action in the bearing gap. In addition, the groove can be used as an oil retaining portion. As a representative example of a resin material that causes molding shrinkage toward the outer diameter side, a resin material having a liquid crystal polymer (LCP) as a base resin can be given.
レーザ加工により金属部の除去を行うと、金属部の除去が精度よく行えるので、除去部により動圧溝を形成する場合も精度の良い動圧溝が得られる。 When the metal portion is removed by laser processing, the metal portion can be removed with high accuracy. Therefore, even when the dynamic pressure groove is formed by the removal portion, an accurate dynamic pressure groove can be obtained.
上記のような軸受を有する軸受装置を備えたモータは、優れた耐久性を有する。 A motor including a bearing device having the above-described bearing has excellent durability.
以上のように、本発明によれば、金属部と樹脂部が強固に結合され、耐久性に優れた軸受を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a bearing in which the metal portion and the resin portion are firmly coupled and have excellent durability.
以下、本発明の実施形態を図1〜4に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、軸受3と、軸受3の内周に挿入された軸部材2とを備えた軸受装置1の断面図である。このうち軸受3は、金属部4と、金属部4を内周に保持する樹脂部5とを備える。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
軸受3の内周面に設けられる軸受面3aは金属部4の内周面4aで構成される。金属部4の外周面には、複数の除去部6が形成される。樹脂部5は、略円筒状をなし、樹脂を型成形することで形成される。
The
以下、軸受3の製造工程を説明する。軸受3は、マスター軸7の外表面に電鋳殻である金属部4を析出形成する工程(電鋳加工工程)、金属部4の外周面の一部を除去する工程(除去工程)、金属部4およびマスター軸7をインサート部品として樹脂部5の型成形を行う工程(インサート成形工程)、および金属部4とマスター軸7とを分離する工程を順に経て製作される。
Hereinafter, the manufacturing process of the
本実施形態で使用するマスター軸7は、例えば焼入処理をしたステンレス鋼で断面輪郭真円状に、かつ軸方向で均一径に形成される。マスター軸7の材料としては、ステンレス鋼以外にも、例えばクロム系合金やニッケル系合金など、マスキング性、導電性、耐薬品性を有するものであれば金属、非金属を問わず任意に選択可能である。マスター軸7を軸部材2として使用する場合には、上記特性の他、軸受3の構成部品として求められる、機械的強度、剛性、摺動性、耐熱性等を満たす材料であることが望ましい。この場合、マスター軸7の外表面の少なくとも金属部4の形成予定領域に、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。
The
マスター軸7は、むく軸(中実軸)の他、中空軸あるいは中空部に他材料(樹脂など)を充填した中実軸であってもよい。また、マスター軸7の外周面精度は、軸受3の軸受面3aとなる金属部4の内周面4aの面精度を直接左右するので、なるべく高精度に仕上げておくことが望ましい。
The
マスター軸7の外表面のうち、金属部4の形成予定領域を除く箇所には、予め非導電性のマスキングが施される(図2散点で示す)。マスキング部8形成用の被覆材としては、非導電性をはじめ、電解質溶液に対する耐食性を有する材料が選択使用される。
Non-conductive masking is performed in advance on the outer surface of the
電鋳加工工程は、上記処理を施したマスター軸7を電解質溶液に浸漬し、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、金属部4の析出材料となる金属(例えばNiやCu等)を含んだものが用いられる。上記析出金属の種類は、軸受面3aに求められる硬度、あるいは潤滑油に対する耐性(耐油性)など、要求される特性に応じて適宜選択される。また、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ることもできる。こうして、図2のように、マスター軸7の外周面の所定箇所に金属部4が析出形成される。
The electroforming process is performed by immersing the
次いで、図3に示すように、電鋳加工工程で形成された金属部4の外周面4bの一部を、レーザ加工、機械加工など適宜の方法により除去し、クロスハッチングで示す除去部6を形成する(除去工程)。図面では、環状の除去部6を軸方向に離間して3箇所に形成した場合を例示しているが、除去部6の形状や数は図示例のものには限定されない。
Next, as shown in FIG. 3, a part of the outer
上記工程を経て製作された金属部4およびマスター軸7からなる部品(以下、電鋳軸9という。)は、樹脂部5をインサート成形する成形型内にインサート部品として供給される。
A part (hereinafter, referred to as an electroformed shaft 9) made of the
図4は、樹脂部5のインサート成形工程を概念的に示すもので、固定型11、および可動型10からなる金型には、ランナ12およびゲート13と、キャビティ14とが設けられる。ゲート13は、この実施形態では、点状ゲートであり、成形金型(可動型10)の、樹脂部5の軸方向一端面に対応する位置に、かつ円周方向等間隔に複数箇所(例えば三箇所)形成される。各ゲート13のゲート面積は、充填する溶融樹脂の粘度や、成形品の形状に合わせて適切な値に設定される。
FIG. 4 conceptually shows an insert molding process of the
上記構成の金型において、電鋳軸9を所定位置に位置決めした状態で可動型10を固定型11に接近させて型締めする。次に、型締めした状態で、スプール(図示は省略)、ランナ12、およびゲート13を介してキャビティ14内に溶融樹脂Pを射出、充填し、樹脂部5を電鋳軸9と一体に成形する。
In the mold configured as described above, the
なお、溶融樹脂Pは熱可塑性樹脂であり、非晶性樹脂として、ポリサルフォン(PSF)、ポリエーテルサルフォン(PES)、ポリフェニルサルフォン(PPSU)、ポリエーテルイミド(PEI)等、結晶性樹脂として、液晶ポリマー(LCP)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等を用いることができる。また、上記の樹脂に充填する充填材の種類も特に限定されないが、例えば、充填材として、ガラス繊維等の繊維状充填材、チタン酸カリウム等のウィスカー状充填材、マイカ等の鱗片状充填材、カーボンファイバー、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉末等の繊維状又は粉末状の導電性充填材を用いることができる。これらの充填材は、単独で用い、あるいは、二種以上を混合して使用しても良い。 Note that the molten resin P is a thermoplastic resin, and amorphous resins such as polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polyphenylsulfone (PPSU), and polyetherimide (PEI) are used as crystalline resins. As the liquid crystal polymer (LCP), polyether ether ketone (PEEK), polybutylene terephthalate (PBT), polyphenylene sulfide (PPS), or the like can be used. The type of filler to be filled in the resin is not particularly limited. For example, as the filler, fibrous filler such as glass fiber, whisker-like filler such as potassium titanate, and scaly filler such as mica. A fibrous or powdery conductive filler such as carbon fiber, carbon black, graphite, carbon nanomaterial, or metal powder can be used. These fillers may be used alone or in combination of two or more.
型開き後、マスター軸7、金属部4、および樹脂部5が一体となった成形品を金型10、11から脱型する。この成形品は、その後の分離工程において金属部4および樹脂部5からなる軸受3(図1を参照)と、マスター軸7とに分離される。
After the mold opening, the molded product in which the
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7又は軸受3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7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7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7を軸方向にスムーズに引き抜くことができる。これにより成形品が金属部4及び樹脂部5からなる軸受3と、マスター軸7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。
In this separation step, the internal stress accumulated in the
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7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7と軸受5とを分離することもできる。
When the inner circumference of the
これにより、金属部4の内周面4aを軸受面3aとする軸受3が得られる。このように、電鋳加工で形成された軸受面3aは、マスター軸7の外周表面精度に倣った精度を有するため、マスター軸7の外周表面精度を高めておけば、精度の高い軸受面3aを得ることができる。よって、軸受面3aと、軸受3の内周に挿入される軸部材2の外周面との間の軸受隙間(ラジアル軸受隙間)を精度良く設定することができ、軸受性能の向上を図ることができる。
Thereby, the
この軸受3では、除去部6に樹脂部5が入り込んだ状態で金属部5と樹脂部6とが固定される。これにより、金属部4と樹脂部5との間にアンカー効果が発揮されることで結合力が向上し、樹脂部5に対する金属部4の相対変位、この実施形態では軸方向への抜けに対する抵抗力を大幅に高めることができる。
In the
なお、上記の金属部4と樹脂部5との結合力をより高めるには、除去部6の配置数を増やしたり、除去部6の径方向の深さを深くするとよい。除去部6の径方向の深さは、最大で金属部4の内周面4aに達するまで、すなわち除去部6が金属部4を径方向に貫通するまで設定することができる。また、金属部4の樹脂部5に対する径方向の回り止めの効果を得るために、軸方向と平行な直線溝状の除去部を径方向に離隔して複数箇所設けたり、除去部6を金属部4の外周面4bにらせん状に設けたりすることもできる。
In order to further increase the bonding force between the
こうして得られた軸受3に、軸部材2を挿入することにより、軸部材2を回転自在に支持する軸受装置1が完成する。軸受装置1の内部に、潤滑流体、例えば潤滑油を充満し、軸受隙間に流体膜を形成することにより、軸受3と軸部材2との間の潤滑をより滑らかにすることができる。潤滑油以外の潤滑流体として、例えば空気等の気体や、磁性流体等の流動性を有する潤滑剤、あるいは潤滑グリース等を使用することもできる。
By inserting the
以上に示した軸受3は、軸部材2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装置として使用することも可能である。この動圧軸受装置は、例えば軸部材2の外周面に、へ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、軸受3の内周面(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7の外周面に動圧発生部の形状に対応した型を形成し、このマスター軸7を用いて電鋳加工を行うことで形成可能である。その後、上記と同様の手法で軸受3とマスター軸7の分離を行い、さらに軸受3の内周面に真円状外周面を有する軸部材を挿入することで、動圧軸受装置が構成される。
The
軸受3の内周面の動圧発生部は、以下の手順で形成することもできる。
The dynamic pressure generating portion on the inner peripheral surface of the
まず、図5に示すように、マスター軸27の外周面の所定箇所にマスキング部28を形成し、電鋳加工を施すことにより、軸方向に離隔した2箇所に金属部24を析出形成する。その後、図6に示すように、金属部24の外周の所定部分(除去部46)を内周面に達するまで除去し、例えばへリングボーン形状の金属部44を形成する。この場合の除去加工では、高い精密性が要求されること、金属部24の除去量が多く、除去加工中に金属部4とマスター軸27の界面に作用する力が大きくなるため、金属部4がマスター軸27の表面から剥離しやすくなること等から、レーザ加工による除去加工を行うのが望ましい。
First, as shown in FIG. 5, the masking
次いで、上記のマスター軸27及びヘリングボーン形状の金属部44をインサート部材として樹脂材料で樹脂部25を射出成形する。一般に、樹脂材料で樹脂部25のような略円筒状の部材を射出成形すると、固化時の成形収縮により、部材の内周面は内径側へ縮径する傾向がある。しかし、上記に例示した樹脂の中で、例えば液晶ポリマーをベース樹脂とする樹脂材料は、成形収縮により、部材の内周面が外径側へ拡径する性質を有する。従って、液晶ポリマーをベース樹脂とする樹脂材料で樹脂部25を射出成形すると、射出時には樹脂材料が金属部44の内周面44aと面一になるまで入り込む(図7に点線で示す)が、固化時には上記性質により、隣接する金属部44間の樹脂部25の内周面25a1が成形収縮により拡径し、金属部44の内周面44aよりも大径となる。これにより、軸受23の内周面に、樹脂部内周面25a1を溝底とする動圧溝47が形成される。動圧溝47の深さは、例えば樹脂材料中の充填材の種類や配合量を変更する、樹脂材料の固化速度を調整する、等の手段で樹脂部25での成形収縮量を調整することにより、任意の値に設定することが可能である。
Next, the
上記のように形成された軸受23の内周に軸部材を挿入し、軸受23の内周面23aと軸部材の外周面との間の軸受隙間に潤滑流体、例えば潤滑油を充填することにより、軸受装置(動圧軸受装置)が完成する(図示省略)。この動圧軸受装置において、軸部材が回転すると、動圧溝47によって軸受隙間の潤滑油に動圧作用が発生し、軸部材がラジアル方向に非接触支持される。
By inserting the shaft member into the inner periphery of the
図5〜7に示す工程において、動圧溝パターンとしては任意の形状を選択することができ、図示したヘリングボーン形状の他、例えばスパイラル形状の動圧溝パターンを形成することもできる。また、同様の工程で軸方向の動圧溝47を円周方向の複数箇所に形成することにより、いわゆるステップ軸受を形成することも可能となる。
5-7, an arbitrary shape can be selected as the dynamic pressure groove pattern. For example, a spiral dynamic pressure groove pattern can be formed in addition to the illustrated herringbone shape. Further, by forming the axial
以上の実施形態において、軸部材2にはマスター軸7をそのまま使用しても良いし、マスター軸7とは別に製作した軸状の部材を軸部材2として用いることもできる。後者によれば、一度高精度に製作したマスター軸7を繰返し転用することができるので、マスター軸7の製作コストを抑え、軸受装置1のさらなる低コスト化を図ることが可能となる。上述のように、軸部材2の外周面2aに動圧溝等の動圧発生部を設ける場合には、断面真円状のマスター軸7とは別に製作した軸状部材の外周面に動圧発生部を設けたものを軸部材2として用いるとよい。
In the above embodiment, the
以上説明した軸受装置は、例えば情報機器用のモータに組み込んで使用可能である。以下、軸受装置1を上記モータ用の回転軸支持装置として使用した例を、図8に基づいて説明する。
The bearing device described above can be used by being incorporated in a motor for information equipment, for example. Hereinafter, an example in which the
図8に示すように、このモータ100は、例えばHDD等のディスク駆動装置用のスピンドルモータとして使用されるものであって、軸部材102を回転自在に非接触支持する軸受装置1と、軸部材102に装着されたロータ(ディスクハブ)103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104およびロータマグネット105とを備えている。ステータコイル104は、ブラケット106の外周に取付けられ、ロータマグネット105はディスクハブ103の内周に取付けられている。ディスクハブ103には、磁気ディスク等のディスクDが一又は複数枚保持されている。ステータコイル104に通電すると、ステータコイル104とロータマグネット105との間の電磁力でロータマグネット105が回転し、それによって、ディスクハブ103及びディスクハブ103に保持されたディスクDが軸部材102と一体に回転する。
As shown in FIG. 8, the
この実施形態において、軸受装置1は、軸受3と、軸受3の内周に挿入される軸部材102と、軸受3の一端に装着されるスラストプレート107とを備える。図8では、軸受3として図1に示す軸受3を例示しているが、図7に示す軸受23も使用可能である。スラストプレート107の上端面には、スラスト動圧発生部として、複数の動圧溝をスパイラル状に配列した領域(スラスト軸受面)107aが形成される。軸部材102の回転時には、軸部材102の外周面102aと軸受3の軸受面3aとのラジアル軸受隙間に油膜が形成され、これにより軸部材102をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部Rが形成される。同時に、軸部材102の下端面102bとスラストプレート107の上端面107aとの間のスラスト軸受隙間に、動圧溝による潤滑油の動圧作用で軸部材102をスラスト方向に回転自在に非接触支持するスラスト軸受部Tが形成される。
In this embodiment, the
本発明の軸受装置は、以上の例示に限らず、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等、高速回転下で使用される情報機器用の小型モータ、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も好適に使用することができる。 The bearing device of the present invention is not limited to the above examples, and is used in a small motor for information equipment used under high-speed rotation, a polygon scanner motor of a laser beam printer, etc. It can also be suitably used for rotating shaft support.
以上の説明では、軸受3を回転軸の支持に使用する場合を例示しているが、この軸受3は軸との間の直線的な相対摺動を支持する摺動用軸受として、さらには相対摺動と相対回転の双方を支持する摺動回転用の軸受としても使用することができる。これらの用途では、摺動性改善のため、図7に示す軸受23の動圧溝47の成形方法と同様の手法で、軸受3の内周面に油を保持するための油溝を形成することができる。
Although the case where the
1 軸受装置
2 軸部材
3 軸受
4 金属部
5 樹脂部
6 除去部
7 マスター軸
8 マスキング部
9 電鋳軸
47 動圧溝
100 モータ
102 軸部材
R ラジアル軸受部
T スラスト軸受部
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記金属部の外周面の一部が除去され、その除去部に前記樹脂部が入り込むことにより、前記金属部と前記樹脂部とを軸方向で係合させ、前記軸受面に、マスター軸の外周面に形成された型により動圧発生部が成形されたことを特徴とする滑り軸受。 It has a metal part formed by electroforming, and a resin part that is molded by inserting the metal part into the inner periphery, has a bearing surface on the inner peripheral surface of the metal part, and is inserted into the inner periphery of the metal part A sliding bearing supporting relative rotation between the shaft member and
A part of the outer peripheral surface of the metal part is removed, and the resin part enters the removed part, whereby the metal part and the resin part are engaged in the axial direction, and the outer periphery of the master shaft is engaged with the bearing surface. A sliding bearing characterized in that a dynamic pressure generating portion is formed by a mold formed on a surface .
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