(57)【要約】【課題】精度の要求される軸受面に電鋳部をモールドすると、電鋳部の外表面に形成される粗面と樹脂との接着力だけで電鋳部が保持されるため、電鋳部に過大な力が加わっても電鋳部がはがれないようにする。【解決手段】電鋳部４の端部を塑性変形してフランジ１１を形成し、この電鋳部４を樹脂モールドすることにより、軸方向や回転方向の保持力が強くなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電鋳部からなる軸受面を備えると共に、電鋳部を射出成形にてモールドしたものであって、前記電鋳部にフランジを形成したことを特徴とする軸受。
【請求項２】
前記フランジの外周面が非真円形状であることを特徴とする請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
前記フランジが、電鋳部の塑性変形によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の軸受。
【請求項４】
前記フランジが、軸受面の軸方向両端のうち、少なくとも一方に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の軸受。
【請求項５】
前記フランジの塑性変形前における電鋳部の軸方向の長さＬ２と、塑性変形後における電鋳部の軸方向の長さＬ１とが次の関係を満たすことを特徴とする請求項４記載の軸受。
０＜Ａ／Ｌ１≦０．５      （但し、Ａ＝Ｌ２―Ｌ１）
【請求項６】
請求項１〜５の何れかに記載した軸受と、軸受の内周に挿入した軸部材とを有する軸受装置。
【請求項７】
前記軸部材が、電鋳部の成形時に使用したマスター軸であることを特徴とする請求項６に記載の軸受装置。
【請求項８】
前記軸部材が、電鋳部の成形時に使用したマスター軸と別部材であることを特徴とする請求項６記載の軸受装置。
【請求項９】
請求項６〜８の何れかに記載した軸受装置を備えるモータ。
【請求項１０】
軸受面を形成する電鋳部を射出成形にてモールドする際に、金型の型締めで電鋳部を塑性変形させることにより、電鋳部にフランジを形成することを特徴とする軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受面を電鋳で形成した軸受およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。この種の軸受では、その軸受面精度が軸受性能を大きく左右するので、良好な軸受面精度を得るため、従来から多種多様の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特開２００３−５６５５２号公報や特開２００３−５６５６９号公報では、軸受面精度を向上するために電鋳部をインサートモールドした軸受（電鋳軸受）が提案されている。両公報に記載の発明は、何れもマスター軸の不必要な部分をマスキングして、マスク部以外に電鋳殻である円筒状の電鋳部を形成し、この電鋳部の外周に射出成形により樹脂を充填して軸受を成形した後、軸受をマスター軸から分離するものである。
【特許文献１】特開２００３−５６５５２号公報
【特許文献２】特開２００３−５６５６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、電鋳部を円筒状に成形した場合、成形後の電鋳部の内部組織には拡径方向の残留応力が作用すると考えられる。その一方で、円筒状の樹脂モールド部は、固化に伴って収縮しようとするので、電鋳部の樹脂モールド後は、電鋳部の外周面と樹脂モールド部の内周面とが互いに相手側に押し付けられる。加えて、電鋳部の内周面はマスター軸の外周面に倣った平滑面となるが、電鋳部の外周面は一般に粗面となるので、樹脂モールド後は電鋳部の表面凹凸に樹脂が入り込み、アンカー効果を生じる。これらの複合作用により、電鋳部と樹脂モールド部との間に強固な固着力が得られる。
【０００５】
しかしながら、現状の構造ではこれ以上固着力を確保することは難しく、軸受の用途拡大に制約が生じる。
【０００６】
本発明は、電鋳部とモールド部とをより強固に固着した軸受およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明の軸受は、電鋳部からなる軸受面を備えると共に、電鋳部を射出成形にてモールドしたものであって、前記電鋳部にフランジを設けたものである。
【０００８】
電鋳部からなる軸受面は、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既存品よりも飛躍的に高めることができる。
【０００９】
特にフランジを有する電鋳部を樹脂や金属でモールド（インサート成形）すると、電鋳部と一体のフランジと、これに密着するモールド部との間で抜け止め、あるいは回り止めがなされるので、電鋳部とモールド部との間で高い固着力を得ることができる。特にフランジの外周面を非真円形状とすることで、より一層高い回り止め効果を得ることが可能となる。フランジには、軸心の直交方向に延びたもの（図５参照）の他、軸心の斜め方向に延びたもの（図８参照）も含まれる。
【００１０】
電鋳部のフランジは、電鋳部を塑性変形させることで形成することができる。例えばマスター軸の外周に密着した電鋳部の端面を軸方向に加圧すれば、被加圧部はマスター軸と密着した内径側へは変形することができないため、電鋳部の端部が外径側に塑性変形し、これにより外向きのフランジが容易に成形可能となる。特に電鋳部を射出成形にてモールドする際、金型の型締めで電鋳部を部分的に塑性変形させれば、フランジの形成後、そのままキャビティに樹脂や金属を射出することにより軸受をインサート成形することができ、フランジを形成するための特段の加工を要することなく、低コストに軸受を製作することが可能となる。なお、塑性変形したフランジの外周面は、通常は非真円形状になるので、特に別工程を追加することなく前記非真円形状の外周面を備えたフランジが形成可能となる。
【００１１】
塑性変形で形成したフランジが電鋳部の一端部もしくは両端部に形成されていれば、塑性変形の影響が軸受面の軸方向中央部に及びにくくなる。従って、軸受機能上重要な軸受面の軸方向中央部での軸受面精度の低下を回避することができる。
【００１２】
ところで、塑性変形でフランジを形成する際、電鋳部に作用する加圧力が大きすぎると、その時の衝撃により、マスター軸に密着した電鋳部内周面がマスター軸の外周面から剥離するおそれがある。かかる事態を防止するには、塑性変形の前後における電鋳部の軸方向の長さの変化を、塑性変形後の電鋳部の軸方向の長さの５０％以内に設定するのが望ましい。すなわち、フランジの塑性変形前における電鋳部の軸方向の長さをＬ２、塑性変形後における電鋳部の軸方向の長さをＬ１として、Ｌ１およびＬ２を、
【００１３】
０＜Ａ／Ｌ１≦０．５      （但し、Ａ＝Ｌ２―Ｌ１）
なる式を満たすように設定するのが望ましい。
【００１４】
以上に説明した軸受の内周に軸部材を挿入することにより高い軸受性能および耐久性を有する軸受装置を提供することが可能となる。軸部材としては、電鋳部の成形時に使用したマスター軸を使用する他、マスター軸と別部材を使用することもできる。この軸受装置を有するモータは、回転精度が良好で、かつ耐久性も高い、という特徴を備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、電鋳部とモールド部との間で抜け止めもしくは回り止めがなされるので、電鋳部とモールド部相互間の固着力をより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施の形態１を図１〜図８を参考に説明する。
【００１７】
図１に示す本発明の軸受５は、マスター軸２の所要個所をマスキングする工程（図３参照）、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４参照）、電鋳軸１の電鋳部４を樹脂等でモールドする工程（図６および図７参照）、および電鋳部４とマスター軸２とを分離する工程を経て製作される。
【００１８】
なお、以下の説明において、「回転用の軸受」とは、軸との間の相対回転を支持するための軸受５を意味し、軸受５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ための軸受５を意味し、同様に軸受５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および直線運動の双方を支持するための軸受５を意味する。
【００１９】
前記マスター軸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、電鋳部４の加工性および分離性など、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被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、電鋳部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。
【００２０】
マスター軸２は、中空軸の他、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は任意形状にすることができ、円形の他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。
【００２１】
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ておくのが望ましい。本発明者らが検証したところ、マスター軸２の外周面の真円度が、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られていると、軸受面との接触を抑え、良好な回転精度を得られることが判明した。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。
【００２２】
マスター軸２の外周面には、図３に示すように、電鋳部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、およ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。
【００２３】
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。電鋳部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。
【００２４】
以上の工程を経ることにより、図４に示すように、マスター軸２外周の一部領域に円筒状の電鋳部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、電鋳部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４ａが形成される場合もある。
【００２５】
電鋳軸１は、図６および図７に示すモールド工程に移送され、電鋳部４およびマスター軸２をインサート部品とするインサート成形が行われる。
【００２６】
このモールド工程では、電鋳軸１は、図６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。この位置決め状態では、電鋳軸１のうち電鋳部４の下端面が下型７の成形面と係合し、電鋳部４の上端が金型のパーティングラインＰ．Ｌ．よりも相手型（本実施形態では上型６）の側に突出している。位置決め穴９の深さＬ３は、マスター軸２の下端と電鋳部４の下端との間の距離Ｌ４よりも大きく（Ｌ３＞Ｌ４）、従って、型締め前の状態では、マスター軸２の下端面は位置決め穴９の底から浮上した状態にある。この浮上量を調整することで、電鋳部４の下端に形成するフランジの塑性変形量を変更することができる。
【００２７】
前記上型６には、位置決め穴９と同軸にガイド穴１０が形成されている。このガイド穴１０の深さＬ５は、図７に示す型締め時において、マスター軸２の上端がガイド穴１０の底に突き当たらない程度であれば足りる（なお、マスター軸２の下端は位置決め穴９の底に突き当たる）。
【００２８】
以上の金型において、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、先ずマスター軸２の上端がガイド穴１０に挿入されてマスター軸２の心出しが行われ、さらに上型６の成形面に電鋳部４の上側端面が当接する。さらなる上型６の接近で電鋳軸１の全体が下方に押し込まれ、下型７の成形面と当接した電鋳部４の下端部、および上型６の成形面と当接した電鋳部４の上端部がそれぞれ外径側に塑性変形し、図７に示すように電鋳部４の軸方向両端にフランジ１１（図５参照）が形成される。金型構造を変更することにより、電鋳部４の軸方向一端にのみフランジ１１を形成することも可能である。
【００２９】
型締め完了後、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。樹脂材料は、例えば液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂等の高機能結晶性ポリマーが使用可能である。もちろんこれらは例示にすぎず、既存の各種樹脂材料の中から軸受の用途や使用環境に適合した樹脂材料が選択され得る。必要に応じて強化材（繊維状、粉末状等の形態は問わない）や潤滑剤等の各種充填材を加えても良い。
【００３０】
型開き後、脱型した成形品は、図５で示すように、マスター軸２、電鋳部４、およびモールド部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、電鋳部４およびモールド部１５からなる軸受５と、マスター軸２とに分離される。この分離工程は、例えばマスター軸２やモールド部１５に衝撃を加えたり、あるいは電鋳部４とマスター軸２とを加熱し（冷却してもよい）、両者間に熱膨張量差を生じさせることによって行われる。これらの操作により電鋳金属組織中の拡径方向の残留応力が解放されるため、電鋳部４の内径が拡径し、マスター軸２の外周面との間に、半径寸法で１μｍ〜数十μｍ程度の微小隙間が形成される。この微小隙間は軸受隙間として機能するので、一体化した電鋳部４とモールド部１５とで、マスター軸２を相対的に回転自在または摺動自在に支持する軸受５（図１参照）が構成される。この軸受５において、電鋳部４の内周面は、マスター軸２の相対的な回転もしくは摺動を支持する軸受面４ｂとして機能する。
【００３１】
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。従って、マスター軸２をそのまま軸部材として使用し、これを軸受５の内周に挿入することにより、高い回転精度または摺動性を有する軸受装置の提供が可能となる。なお、軸部材としてマスター軸２を使用する必要は必ずしもなく、マスター軸と同程度の精度で別途製作した軸部材と置き換えて軸受装置を構成することもできる。この場合、一度マスター軸を製作すれば、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、軸受装置のさらなる低コスト化を図ることが可能となる。
【００３２】
なお、この軸受装置は無給油で使用する他、軸受隙間に油等の潤滑剤を供給して使用することもできる。
【００３３】
上述のように本発明では、電鋳部４にフランジ１１を形成し、電鋳部４をフランジ１１も含めた形でインサート成形しているので、電鋳部４、さらにはモールド部１５との間で抜け止め、さらには回り止めがなされる。従って、電鋳部４とモールド部１５との間の固着力を高め、耐久性に優れた信頼性の高い軸受を提供することが可能となる。特に図６および図７に示す実施形態のように、電鋳部４を塑性変形させてフランジ１１を形成する場合、図１に示すように、その外周面１６の形状は、ランダムな凹凸を有する非真円形状となるので、高い回り止め効果が得られる。なお、図１では、外周面１６の凹凸が理解の容易化のために誇張して描かれている。
【００３４】
十分な抜け止め効果、さらには回り止め効果を得るためには、樹脂とフランジ１１との間で高い密着性が確保される必要がある。樹脂の成形収縮率が低すぎると、フランジ１１に対する樹脂の密着性が低下し、上記効果が不十分となる。本発明者らが検証したところ、成形収縮率が０．０２％以上の樹脂材料であれば、抜け止めおよび回り止めとして十分な効果が得られた。一方、成形収縮率が高すぎると、残留応力が過大となり、固化した成形品の寸法変化が懸念されるので、使用する樹脂材料の成形収縮率は２．０％以下とするのが望ましい。
【００３５】
ところで、上述のように、塑性変形でフランジ１１を形成する場合、電鋳部４に作用する金型からの加圧力が大きすぎると、その時の衝撃により、マスター軸２に密着した電鋳部４の内周面がマスター軸２の外周面から剥離するおそれがある。電鋳部４が剥離すると、その瞬間に電鋳部４が拡径してマスター軸２との間に隙間が形成されるため、その後の射出成形時には、射出圧力によって電鋳部４の内周面がランダムに縮径し、軸受面４ｂの精度低下を招くおそれがある。かかる事態を防止するには、射出成形前における電鋳部４のマスター軸２からの剥離防止に努める必要があり、これは電鋳部４の塑性変形量の上限を管理することで達成できると考えられる。
【００３６】
かかる観点から検討したところ、塑性変形後における電鋳部４（図５に実線で示す）の軸方向の長さをＬ１とし、塑性変形前における電鋳部４（図５に破線で示す）の軸方向の長さをＬ２とした時、電鋳部４の軸方向長さの変化Ａ＝Ｌ２−Ｌ１が、塑性変形後の電鋳部４の軸方向の長さＬ１の５０％以内（望ましくは２０％以内）であれば、塑性変形による射出成形前の電鋳部４の剥離を防止できることが判明した。その一方、Ａ＝０ではフランジ１１が形成できない。従って、
【００３７】
０＜Ａ／Ｌ１≦０．５
を満たすように、Ｌ１、Ｌ２を定めるのが望ましい。
【００３８】
以上の説明では、塑性変形によってフランジ１１を形成する場合を例示したが、塑性変形以外の方法でフランジ１１を形成することもできる。例えば図８に示すように、マスター軸２を段付き軸状に形成しておけば、これを電鋳工程にて電解溶液中に浸漬すると、一般にマスター軸２の角部２ａでは他の平面部分に比べて金属粒子の析出量が多くなるため、電鋳条件によっては、電鋳の終了後にこの角部２ａに図示のような傾斜状のフランジ１１を形成することができる。従って、その後、このフランジ１１を含めて電鋳部を射出成形でモールドすれば（二点鎖線で示す）、同様に抜け止め、あるいは回り止めとしての効果を得ることができる。
【００３９】
なお、以上の説明では、電鋳部４を樹脂材料でモールドする場合を説明したが、樹脂に限らず、金属の射出成形、例えばマグネシウム合金やアルミニウム合金などの低融点金属を射出して電鋳部４をモールドすることもできる。その場合、樹脂を使用する場合に比べ、強度、耐熱性、または導電性等の面でより優れた軸受が得られる。
【００４０】
次に、以上に説明し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９に基いて説明する。
【００４１】
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、電鋳部４を射出成形によりモールドして形成され、電鋳部４の軸方向両端にはそれぞれフランジ１１が形成されている。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。
【００４２】
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。
【００４３】
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９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。
【００４４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の軸受の斜視図である。
【図２】本発明の電鋳軸の製造工程を示すマスター軸の斜視図である。
【図３】図２のマスター軸にマスキングをした状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の電鋳軸の斜視図である。
【図５】本発明のマスター軸を備えた状態の樹脂軸受の断面図である。
【図６】射出成形金型に電鋳軸を取付けた状態を説明する模式図である。
【図７】射出成形金型によりフランジの形成を説明する模式図である。
【図８】本発明の軸受の他の実施形態を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２のモータ構造を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４６】
１      電鋳軸
２      マスター軸
２ａ    角部
３      被覆材
４      電鋳部
４ａ    面取り部
４ｂ    軸受面
５      軸受
６      上型
７      下型
８      キャビティ
９      位置決め穴
１０    ガイド穴
１１    フランジ
１２    スプール
１３    ランナー
１４    ゲート
１５    モールド部
１６    外周面
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006322508.tif 000006
【図５】
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【図６】
2006322508.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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