JP4828961B2 - 摺動装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷重の作用下で、相対的な直線運動を行う第一部材と第二部材を有する摺動装置に関するものである。

この種の摺動装置では、低コスト化や摺動特性向上を図るため、第一部材あるいは第二部材の何れか一方を金属から樹脂へ置き換える試みがなされている。一例として、光ピックアップ等を搭載可能なキャリッジを樹脂で型成形したものが提案されている（特許文献１参照）。
特開平１１−３７１６０号公報

ところで、樹脂製の部材は、成形後の固化段階における成形収縮が避けられない。そのため摺動装置の動作精度を確保するには、樹脂製部材のうち特に他部材との摺動面となる領域に精緻な仕上げ加工を施す必要があるため、樹脂化によるコストメリットを享受できない場合がある。また、摺動面の形状は用途に応じて多種多様に形成されるから、なかには仕上げ加工が困難な場合もある。

また、特に荷重の作用下で相対的な直線運動を行う摺動装置では、樹脂製部材の摺動面のうち、特に自重や他部材の荷重を負荷する面（荷重負荷面）で摩耗が進行しやすい。さらに、樹脂製部材は、使用時の温度変化による変形が生じ易く、この変形が荷重負荷面に現れると、動作精度の悪化を招く。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高い動作精度を誇る摺動装置を低コストに提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明にかかる摺動装置は、荷重の作用化で、第一部材と第二部材が相対的な直線運動を行うものにおいて、何れか一方の部材は、直線運動方向と直交する断面で有端状をなし、マスター部材の表面に金属を有端状に析出させることで形成した電鋳部と、電鋳部をインサートして射出成形されたモールド部とを有し、かつ電鋳部が、マスター部材の表面形状に倣った荷重負荷面を有することを特徴とするものである。

上記のように、本発明では、第一あるいは第二部材の何れか一方に、直線運動方向と直交する断面で有端状の電鋳部が設けられる。電鋳部は、電鋳部の成形母体であるマスター表面にＮｉやＣｕ等の金属を析出させることによって形成される金属層で、例えば電解めっきに準じた手法で形成することができる。この電鋳部の内面には、電鋳加工の特性上、マスターの表面形状が非常に微細なレベルまで高精度に転写される。したがって、マスターの表面精度を高めておけば、特段の仕上げ加工を施すことなく低コストかつ高精度に、直線運動方向との直交断面を何れか一方の部材に設けることができる。上記構成は、断面難加工形状の場合には特に有効なものとなる。

ところで、摺動運動時に生じる摩擦力は負荷荷重に比例して大きくなるため、荷重を負荷する面（荷重負荷面）で最も摩耗が進行し易い。これに対し、本発明は、上記の電鋳部が荷重負荷面を有することを特徴とするものである。電鋳部はそもそも金属層であることに加え、例えば電鋳金属の種類を変更して耐摩耗性を高めたり、添加剤を付加して摺動性を高めたりすることも容易に行い得る。したがって上記構成によれば、荷重負荷面における耐摩耗性や摺動特性を高めることができ、また温度変化等に伴う特性変化を抑制することができ、摺動装置の高動作精度化に寄与することができる。

なお、電鋳部を電解めっきに準じた手法で形成する場合、陰極となるマスター表面への金属の析出速度は陽極との離間距離に影響され、その離間距離が小さい領域ほど速くなる。そのため、例えば電鋳部が直線運動方向と直交する断面で周方向に連続している場合（電鋳部が円環状をなす場合等）に一対の陽陰極を設けただけでは電鋳部の成長速度が全周で不均一となり、結果的に全周で必要な厚みの電鋳部の形成時間が長期化して、かかるコストの増大を招く。これに対し、本発明では電鋳部を有端状、すなわち陽極との対向部分にのみ電鋳部を形成すれば足りるので、陽極との離間距離を均一化でき上記弊害を回避することができる。

電鋳部を有する部材は、該電鋳部をインサートした射出成形で形成される。このように電鋳部を有する部材を射出成形すれば、摺動および荷重負荷に直接関与しない部分は型成形することができ、かつその部分はキャビティ形状の変更を通じて容易に形状変更可能であるから、複雑形状の部材も容易かつ低コストに形成することができる。

以上のように本発明によれば、高い動作精度を誇る摺動装置を低コストに提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の構成を有する摺動装置の一例を概念的に示すものである。この摺動装置１は、例えばＣＤ／ＤＶＤ等のディスク駆動装置で情報の記録・読取を行う光ピックアップを走査する機構に用いられるもので、図示しない適宜の手段で水平支持された固定側の第一部材２、および第一部材２に外嵌された可動側の第二部材３を備えている。第二部材３には光ピックアップが搭載されると共にモータが接続され（図示省略）、モータの駆動に伴って、第二部材３およびこれに搭載された光ピックアップと、第一部材２とが相対的な直線運動を行う。

図２は、図１に示す摺動装置１の一部軸方向領域における断面図である。図示例の形態において、第二部材３の内面寸法は、周方向の各部で、第一部材２との相対的な直線運動時にガタが生じない程度に第一部材２の外面寸法よりも大きく設定されている（図示例では、理解の容易化のために誇張して描いている）。そのため、第二部材３、およびこれに搭載される光ピックアップ等の重量の総和に等しい荷重Ａは、第一部材２の一平面で支持される。

第一部材２は、例えば耐摩耗性等に優れたステンレス鋼等の金属材料、あるいは樹脂材料で断面矩形状（図示例では断面長方形）に形成される。もちろん、第一部材２の断面形状は矩形状には限定されず、用途に応じて真円形状や楕円形等の非真円形状とすることもできる。第一部材２の内部構造は中空、中実の何れでもよい。

第二部材３は、電鋳加工で形成された電鋳部４と、該電鋳部４をインサートして型成形されたモールド部５とで構成される。図示例における電鋳部４は、直線運動方向と直交する断面において、全周が連続していない有端状をなし、したがって第二部材３の内面は、電鋳部４の内面によって構成される領域と、モールド部５の内面によって構成される領域とに区画される。電鋳部４は第一部材２の外面と摺動する摺動面６を有し、また、摺動面６のうちの常時第一部材２の一平面と接触した面に、荷重Ａ（の反力）を負荷する荷重負荷面７を有している。また、摺動面６のうち、荷重負荷面７から鉛直方向下方に延びる面は、直線運動時のガタを防止するガイド面となる。

次に、上記第二部材３の製造工程を中心に、摺動装置１の製造工程を図面に基づいて説明する。

第二部材３は、マスター部材８の所要箇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部材１０（電鋳部４）を形成する工程、電鋳部４をインサートしてモールド部５を射出成形する工程、およびマスター部材８から電鋳部４を分離する工程を順に経て製作される。

マスター部材８は、導電性材料、例えば焼入処理を施したステンレス鋼、ニッケルクロム鋼、その他のニッケル合金、あるいはクロム合金等で、成形すべき電鋳部の内面形状に対応した断面形状（本実施形態では断面矩形状）部を有する中実軸あるいは中空軸に形成される。マスター部材８は、これら金属材料以外にも、導電処理（例えば、表面に導電性の被膜を形成する）を施したセラミック等の非金属材料で形成することもできる。なお、マスター部材８の表面精度は、電鋳部４の内面精度を直接左右するので、平面度、表面粗さ等の摺動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のが望ましい。

図３に示すマスキング工程では、電鋳部４の形成予定領域を除いてマスター部材８の表面にマスキング９（図中、散点模様で示す）が施される。マスキング９用の被覆材としては、非導電性、および電解質溶液に対する耐食性を有する既存品が適宜選択使用される。

上記のマスター部材８は、図４に概念的に示す電鋳加工工程に移送され、この電鋳加工工程でマスター部材８のマスキング９を除く領域に電鋳部４が形成される。この工程で用いる加工装置では、浴槽１１内に充満された電解質溶液１２中に、マスター部材８（陰極）および陽極１３が配設される。陽極１３は、例えばその内面をマスター部材８の外面に倣った断面形状とした板状部材で、陰極となるマスター部材８の外面に対向させて一または複数枚（本実施形態では一枚）配設される。マスター部材８および陽極１３は、導線等を介して電力供給部１４に接続され、この電力供給部１４により、両極８、１３間に所定の電圧が印加される。

電解質溶液１２としては、電鋳部４の析出材料となる金属（ＮｉやＣｕ等）を含有したものが用いられる。析出金属の種類は、摺動面６、その中でも特に荷重負荷面７に求められる硬度、耐摩耗性、あるいは耐熱性等の要求特性に応じて適宜選択される。また、電解質溶液１２には、電鋳部内面の摺動性向上のため、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）やカーボンなどの摺動材を含有させるのが望ましく、また、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。

上述の状態で、マスター部材８および陽極１３に電力供給部１４から直流電圧を印加し、両極間の電解質溶液１２に通電する。これにより、マスター表面のマスキング９を除く領域にイオン化した金属が析出を開始する。そして、金属が所定の厚みまで析出すると、電力供給部１４からの電圧印加を停止し、マスター部材８を電解質溶液１２中から取り出す。

これにより、図５に示すように、マスター部材８のマスキング９を除く領域に電鋳部４を被着した電鋳部材１０が形成される。電鋳部４の厚みは、これが厚すぎると、マスター部材８からの剥離性低下を招き、逆に薄すぎると電鋳部４の耐久性低下等につながるので、求められるサイズや用途等に応じて最適な厚み（例えば、１０μｍ〜２００μｍ程度）に形成される。なお、電鋳部４は、必ずしも全てを均一厚みに形成する必要はなく、電鋳部４のうち荷重負荷面７となる領域が求められる厚みに形成されれば、その他の領域（図２に示す形態で、ガイド面となる領域）は荷重負荷面７と異なる厚みであっても構わない。

なお、以上では、電鋳部４を電解めっきに準じた手法で形成する場合について説明を行ったが、電鋳部４は無電解めっきに準じた手法で形成することもできる。その場合、図３に示すマスター部材８の導電性やマスキング９の絶縁性、さらには図４に示す電鋳加工工程で用いた陽極１３や電力供給部１４は不要となる。

上記工程を経て製作された電鋳部材１０は、第二部材３をインサート成形する金型内にインサート部品として供給される。

図６は、第二部材３のインサート成形工程を概念的に示すものである。図示例の金型は、固定型１５および可動型１６からなり、ランナ１７ａおよびゲート１７ｂと、キャビティ１７ｃとが設けられる。ゲート１７ｂは、本実施形態では、点状ゲートであり、固定型１５の成形すべきモールド部５の一端面に対応する位置に一又は複数箇所設けられる。なお、ゲート１７ｂのゲート形状やゲート面積は、充填される材料や、成形品の形状に合わせて適宜選択される。

上記構成の金型において、電鋳部材１０を位置決め配置した状態で、可動型１６を固定型１５に接近させて型締めを行う。型締めした状態で、スプール（図示省略）、ランナ１７ａおよびゲート１７ｂを介してキャビティ１７ｃ内に射出材料Ｐを射出・充填し、モールド部５を電鋳部材１０と一体に型成形する。

射出材料Ｐとしては、例えば樹脂材料が使用可能で、そのベース樹脂としては、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）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）等の結晶性樹脂の他、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、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）等の非晶性樹脂を使用することができる。なお、これらは、あくまでも使用可能な樹脂材料の一部を例示したものにすぎず、その他公知の樹脂材料の中から摺動部材の用途や使用環境に適合した樹脂材料を使用することもできる。なお、ベース樹脂には、求められる特性（強度、摺動性、寸法安定性、導電性等）を満足できるよう選択された種類・配合比率で充填材が適宜配合される。

モールド部５を形成する射出材料Ｐとしては、コスト上の問題等なければ金属材料を使用することもでき、この場合、例えばマグネシウム合金やアルミニウム合金等の低融点金属材料が使用可能である。この他、金属粉とバインダーの混合物で射出成形した後、脱脂・焼結するいわゆるＭＩＭ成形や、セラミック粉とバインダーの混合物で射出成形した後、脱脂・焼結するいわゆるＣＩＭ成形でモールド部５を形成することもできる。

射出材料Ｐを固化させて型開きを行うと、マスター部材８および電鋳部４からなる電鋳部材１０と、モールド部５とが一体となった成形品が得られる。このようにして得られた成形品は、その後分離工程に移送され、マスター部材８の表面から電鋳部４を剥離させることにより、電鋳部４およびモールド部５が一体化したもの（第二部材３）と、マスター部材８とに分離される。

分離工程では、例えばマスター部材８あるいは第二部材３に衝撃を与え、電鋳部４の内面を拡大させてマスター部材８の外表面との間に直線運動方向と直交する断面方向に微小隙間（１μｍ〜数μｍ程度）を形成する。このように電鋳部４をマスター表面から剥離させた後、電鋳部４（第二部材３）からマスター部材８を引き抜く。この他、電鋳部４とマスター部材８の熱膨張量差を利用して電鋳部４をマスター部材８から剥離させることもできる。

上記のようにしてマスター部材８と分離された第二部材３を、第一部材２に外嵌することにより、図１および図２に示す摺動装置１が完成する。第一部材２としては、分離したマスター部材８をそのまま使用する他、マスター部材８とは別に製作した軸状部材を第一部材２として使用することもできる。前者の場合は、第二部材３の内面精度がマスター部材８の外表面精度に対応するので、その後のマッチング作業が不要となる。一方、後者の場合は、マスター部材８を、繰り返し電鋳加工に用いることができるので、高精度な第二部材３を安定してかつ低コストに量産することができる。

この摺動装置１は無給油で使用するほか、摺動隙間に潤滑油等の潤滑剤を供給して使用することもできる。

上述のように、本発明の摺動装置１では、第二部材３を構成する電鋳部４が荷重Ａを負荷する荷重負荷面７を有している。電鋳部４は電鋳加工によって形成される金属層であり、この電鋳部４の内面は、電鋳加工の特性上、マスター部材８の表面形状が非常に微細なレベルまで高精度に転写された面となる。そのため、マスター部材８の表面精度を高めておけば、特段の仕上げ加工を施すことなく低コストかつ高精度な直線運動方向と直交する断面を得ることができる。

また、電鋳部４は金属層であることに加え、電鋳金属の種類を変更して耐摩耗性を高めたり、添加材を付加して摺動性を高めたりすることも容易に行い得る。したがって、電鋳部４が、摺動面６のうち最も摩耗が進行し易い荷重負荷面７を有する本発明の構成によれば、荷重負荷面７の耐摩耗性を高め、また温度変化に伴う特性変化を抑制して、高い動作精度を長期に亘って維持可能な摺動装置１を低コストに提供することができる。

ところで、本実施形態に示す摺動装置１のように、第二部材３の直線運動方向と直交する断面が周方向に連続している場合には、電鋳部４を周方向に連続した形態とすることも可能である。しかしながら、上述した電解めっきに準じた手法では、マスター部材８への金属の析出速度が陽極１３との離間距離に影響されるため、一対の陽陰極を用いただけでは電鋳部４の成長速度が全周で不均一となり、結果的に全周で必要な厚みの電鋳部４の形成時間が長期化して加工コストが高騰する。これに対し、本発明では陽極１３との対向部分にのみ電鋳部４を形成すれば足りるので、陽極１３との離間距離を均一化でき上記弊害を回避することができる。

また、本発明では、電鋳部４を有する部材（本実施形態では第二部材３）が、電鋳部４をインサートして射出成形される。つまり、荷重を負荷するのに直接関与しない部分は、キャビティ形状の変更を通じて容易に形状変更可能であるから、第二部材３について高い形状自由度を維持することができる。

さらに、電鋳加工の特性上、電鋳部４の外表面は粗面に形成される。そのため、インサート成形時には、射出材料Ｐが電鋳部表面の微小な凹凸に入りこんでアンカー効果を発揮する。したがって、電鋳部４とモールド部５間での固着強度は非常に強固なものとなり、使用時における両者の分離を回避することができる。

なお、以上の説明では、第二部材３を可動側、第一部材２を固定側として説明を行ったが、これとは逆に、第一部材２を可動側、第二部材３を固定側として用いることも可能で、さらに、第一部材２および第二部材３の双方を可動側として用いることも可能である。

また、更なる低コスト化を図るため、電鋳部４を荷重負荷面７のみ有する構成とする（すなわち、電鋳部４を板状に形成する）こともできる。

以上、本発明の一実施形態について説明を行ったが、本発明の構成は上記の摺動部材のみならず、他の形態の摺動部材にも好ましく適用することができる。なお、以下の説明では、図１および図２に示すものと同一機能を有する部材および要素には共通の参照番号を付して重複説明を省略する。

図７は、本発明の構成を有する摺動装置の第２実施形態を示すもので、同図に示す摺動装置２１は、可動側の第一部材２２と、第一部材２２の外部で水平配置され、第一部材２２を支持する固定側の第二部材２３とを備えている。この摺動装置２１は、主に、荷重負荷面７を有する電鋳部４を固定側の第二部材２３に設けた点、および荷重負荷面７を二面設けた点で図２に示す形態と構成を異にする。なお、可動側の第一部材２２には、他部材（光ピックアップ等）を載置可能とするための平坦部２４が一体に設けられているが、この平端部２４は、電鋳部４の形成領域を減じて第二部材２３の製造コストを低減するため、第二部材２３の開口側の面から離隔して設けられている。

図８は、本発明の構成を有する摺動装置の第３実施形態を示すものである。同図に示す摺動装置３１は、可動側の第一部材３２と、第一部材３２の下方外周側に水平配置され、第一部材３２を支持する固定側の第二部材３３とを備えている。この摺動装置３１は、主に、荷重負荷面７を有する電鋳部４を固定側の第二部材３３に設けた点、および電鋳部４が円弧状をなす点で図２に示す形態と構成を異にしている。なお、本実施形態における荷重負荷面７は、電鋳部４のうちの最深部近傍に位置する。また、図示は省略するが、第二部材３３の天地を逆にし、これを第一部材３２の上方外周側に配置することで、第二部材３３を可動側、第一部材３２を固定側とすることもできる。

以上で説明を行った摺動装置１、２１、３１は、上述のとおり高い動作精度を有するものであるから、上述した光ピックアップを走査する機構の他、例えば、プリンタの印字ヘッドを走査する機構、および工作機械や工場ラインでワーク、治具、工具等を直線移動させるリニアスライダなどに好ましく用いることができる。

本発明の構成を有する摺動装置の一例を示す斜視図である。 図１にかかる摺動装置の断面図である。 マスター部材の斜視図である。 電鋳加工工程の概要を示す断面図である。 電鋳部材の斜視図である。 モールド工程の概要を示す断面図である。 摺動装置の他の形態を示す断面図である。 摺動装置の他の形態を示す断面図である。

符号の説明

１、２１、３１ 摺動装置
２、２２、３２ 第一部材
３、２３、３３ 第二部材
４ 電鋳部
５ モールド部
６ 摺動面
７ 荷重負荷面
８ マスター部材
１０ 電鋳部材
１２ 電解質溶液
１３ 陽極
１４ 電力供給部
１５ 固定型
１６ 可動型
Ａ 荷重

Claims (4)

1. 荷重の作用下で、第一部材と第二部材が相対的な直線運動を行う摺動装置において、何れか一方の部材は、直線運動方向と直交する断面で有端状をなし、マスター部材の表面に金属を有端状に析出させることで形成した電鋳部と、電鋳部をインサートして射出成形されたモールド部とを有し、かつ電鋳部が、マスター部材の表面形状に倣った荷重負荷面を有することを特徴とする摺動装置。
2. 電鋳部は、マスター部材の表面形状に倣い、直線運動時のガタを防止するガイド面を荷重負荷面とは別に有する請求項１に記載の摺動装置。
3. 電鋳部の厚みを、荷重負荷面の形成領域とガイド面の形成領域とで異ならせた請求項２に記載の摺動装置。
4. 電鋳部は、インサート成形後にマスター部材から分離されたものである請求項１〜３の何れか一項に記載の摺動装置。

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