(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電鋳加工で形成された金属メッキ層と、その外側にインサートモールドで一体に設けられた樹脂部とからなり、金属メッキ層の内周面に、マスター軸の外周面から剥離された軸受面を備えた滑り軸受であって、
金属メッキ層の最内径部にその外側よりも硬度の高い高硬度層を有し、該高硬度層の内周面に前記軸受面を設けた滑り軸受。
【請求項２】
前記金属メッキ層の外周面の表面粗さが内周面よりも粗い請求項１記載の滑り軸受。
【請求項３】
前記金属メッキ層の高硬度層が無電解メッキで形成される請求項１記載の滑り軸受。
【請求項４】
前記金属メッキ層の高硬度層が熱処理で形成される請求項１記載の滑り軸受。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の滑り軸受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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、滑り軸受に関するものである。
【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。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。
【０００３】
このような軸受とその内周に挿入された軸部材とを備えた軸受装置では、装置の起動、停止時等に、軸受と軸部材との一時的な接触摺動により軸受の軸受面が摩耗し、軸受性能が低下するおそれがある。このような不具合を回避するために、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（金属メッキ層）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。
【特許文献１】特開２００３−５６５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、軸が高速回転する場合には、金属メッキ層でも耐摩耗性が不足する場合がある。特にＨＤＤ等の情報機器用スピンドルモータに装備される回転軸支持用の軸受のように、今後さらなる高速化が予想される用途においては、軸受面のさらなる耐摩耗性の向上が急務となっている。
【０００５】
本発明の課題は、軸部材との接触摺動に対する耐摩耗性に優れ、且つ低コストに製造できる滑り軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明の軸受は、電鋳加工で形成された金属メッキ層と、その外側にインサートモールドで一体に設けられた樹脂部とからなり、金属メッキ層の内周面に、マスター軸の外周面から剥離された軸受面を備えた滑り軸受であって、金属メッキ層の最内径部にその外側よりも硬度の高い高硬度層を有し、該高硬度層の内周面に軸受面を設けたものである。
【０００７】
このように本発明では、金属メッキ層の最内径部に高硬度層を設けた。これにより、従来からステンレス鋼等の高硬度材料で形成されていた軸との間の硬度差を小さくすることができるので、軸部材との接触摺動による軸受面の摩耗が抑えられる。また、本発明の軸受では、金属メッキ層の高硬度化がその一部で行われるため、金属メッキ層全体を高硬度化する場合よりも、低コスト化、および生産性の向上が図られる。
【０００８】
樹脂部と接する金属メッキ層の外周面の表面粗さを、内周面よりも粗くすると、金属メッキ層の外周面の微小な凹凸に樹脂材料が入り込み、金属メッキ層と樹脂部との結合力を向上させることができる。
【０００９】
金属メッキ層の高硬度層は、例えば、無電解メッキにより形成することができる。あるいは、金属メッキ層の最内径部に熱処理を施すことにより形成することもできる。
【００１０】
上記の軸受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、耐久性に優れ、低コストに製造できる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、軸部材との接触摺動に対する耐摩耗性に優れた軸受を低コストに提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態を示す軸受３を有する軸受装置１の断面図である。軸受装置１は、軸受３と、その内周に挿入された軸部材２とで構成され、軸受３は、金属メッキ層４とその外側に設けられた樹脂部５とを有する。
【００１４】
以下、軸受装置１の製造工程を、軸受３の製造工程を中心に説明する。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ための軸受を意味し、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ための軸受を意味する。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。
【００１５】
軸受３は、マスター軸２０の所要個所をマスキングする工程（図２参照）、非マスク部に電鋳加工を行って電鋳軸１１を形成する工程（図３及び図４参照）、電鋳軸１１をインサートして樹脂で型成形する工程（図５参照）、及び金属メッキ層４とマスター軸２０とを分離する工程を経て製作される。
【００１６】
前記マスター軸２０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、金属メッキ層４の加工性及び剥離性など、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２０の表面には、金属メッキ層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。
【００１７】
マスター軸２０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２０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２０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。
【００１８】
マスター軸２０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２０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２０の外周面は１．６μｍ以下の真円度に仕上げるのが望ましい。
【００１９】
マスター軸２０の外周面には、図２の散点で示すように、金属メッキ層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６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。
【００２０】
電鋳加工は、無電解メッキ工程と電解メッキ工程とに分けて行われ、無電解メッキ工程によって形成される高硬度層４１と、電解メッキ工程によって形成される低硬度層４２とで多層構造の金属メッキ層４が形成される。
【００２１】
無電解メッキ工程では、ＮｉやＣｕ等の金属イオンと、ＳｉＣ粒子等の強化材を含んだ溶液にマスター軸２０を浸漬し、無電解メッキにより目的の金属をマスター軸２０の表面の非マスク部に析出させることで、図３のような高硬度層４１が形成される。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。高硬度層４１の厚みは、これが薄すぎると軸受面の耐久性低下等につながり、厚すぎると製造時間がかかり過ぎるため、３〜１５μｍ、望ましくは５〜１０μｍとするのが好ましい。
【００２２】
電解メッキ工程では、前記の高硬度層４１が表面の非マスク部に形成されたマスター軸２０を、ＮｉやＣｕ等の金属イオンを含んだ電解質溶液に浸漬し、その溶液に通電する。これにより、目的の金属を、マスター軸２０の表面に形成された高硬度層４１の外側に析出させることにより、図４のような低硬度層４２が形成される。低硬度層４２の厚みは、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。なお、図面上では、高硬度層４１および低硬度層４２の厚みを、理解しやすいように誇張して示している。
【００２３】
以上の二種類のメッキ工程を経ることにより、高硬度層４１とその外側の低硬度層４２からなる金属メッキ層４が形成される。金属メッキ層４の被膜厚さＴと高硬度層４１の被膜厚さＴＨの比（Ｔ／ＴＨ）は、２〜４０の範囲が望ましい。
【００２４】
上記の無電解メッキ工程、電解メッキ工程の何れの工程に使用する溶液にも、目的の金属だけでなく、例えば、ＰＴＦＥやカーボンなどの摺動剤、あるいはサッカリン等の応力緩和剤を必要に応じて含有させてもよい。
【００２５】
以上の工程を経ることにより、マスター軸２０外周に、高硬度層４１と低硬度層４２とからなる円筒状の金属メッキ層４を被着した電鋳軸１１が製作される（図４を参照）。なお、マスキング用の被覆材６が薄い場合、金属メッキ層４の両端は被覆材６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、金属メッキ層のモールド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。
【００２６】
電鋳軸１１は、図５に示すモールド工程に移送され、電鋳軸１１をインサート部品とするインサート成形が行われる。
【００２７】
このモールド工程では、電鋳軸１１は、図５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７ａ、および下型７ｂからなる金型内部に供給される。電鋳軸１１の下端が下型７ｂの位置決め穴９に挿入されることで、電鋳軸１１の位置決めが行われる。この状態で型締めされると、電鋳軸１１の上端が上型７ａのガイド穴１０に挿入され、電鋳軸１１の芯出しが行われる。このとき、金属メッキ層４の下端４ｂは下型７ｂの成形面の内底面と接し、金属メッキ層４の上端４ｃは上型７ａの成形面と接している。
【００２８】
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。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。
【００２９】
型開き後、脱型した成形品は、図６に示すように、マスター軸２０、金属メッキ層４、および樹脂部５が一体となった構造を有する。この状態で、必要に応じて高硬度層４１に加熱処理を施すことにより、高硬度層４１の硬度をさらに高めることができる。
【００３０】
この成形品は、その後剥離工程に移送され、金属メッキ層４および樹脂部５からなる軸受３と、マスター軸２０とに分離される。
【００３１】
この剥離工程では、金属メッキ層４に蓄積された内部応力を解放することにより、金属メッキ層４の内周面を拡径させ、マスター軸２０の外周面から剥離させる。内部応力の解放は、マスター軸２０又は軸受３に衝撃を与えることにより、あるいは金属メッキ層４の内周面とマスター軸２０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、金属メッキ層４の内周面を半径方向に拡径させて、金属メッキ層４の内周面とマスター軸２０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、金属メッキ層４の内周面からマスター軸２０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、金属メッキ層４及び樹脂部５からなる軸受３と、マスター軸２０とに分離される。なお、金属メッキ層４の拡径量は、例えば金属メッキ層４の肉厚を変えることによって制御できる。
【００３２】
衝撃の付与だけでは金属メッキ層４の内周を十分に拡径さえることができない場合、金属メッキ層４とマスター軸２０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２０と軸受３とを分離することもできる。
【００３３】
こうして形成された軸受３の内周に軸部材２を挿入することにより、軸受装置１が完成する。軸部材２には、マスター軸２０をそのまま利用しても良いし、別部材を使用しても良い。
【００３４】
マスター軸２０を軸部材２として使用した場合、軸受３の軸受面３ａと軸部材２の外周面との間の軸受隙間は、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、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。一方、別部材を軸部材として使用した場合は、一度マスター軸２０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２０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。
【００３５】
この軸受３において、金属メッキ層４のうち内径側は、ＳｉＣ等の強化材を添加した無電解メッキで形成される。この無電解メッキ層はＳｉＣ粒子を含む高硬度の層であるから、この高硬度層４１の内周面を軸部材２の相対的な回転もしくは摺動を支持する軸受面３ａとして使用すれば、両者の接触摺動による摩耗を抑えることができ、高速回転下でも長期間安定して軸受性能を維持することが可能となる。
【００３６】
ところで、軸受面３ａを構成する高硬度層４１と、軸部材２の外周面との硬度の差が過大だと、部材が過度に摩耗し、軸受性能に支障をきたすおそれがある。このため、高硬度層４１と軸部材２との硬度差は、Ｈｖ２００以内であることが望ましい。例えば、軸部材２を硬度Ｈｖ６００のステンレス鋼で形成する場合、高硬度層４１の硬度は、Ｈｖ４００〜８００の範囲内であればよい。例えば、高硬度層４１を、ＮｉにＳｉＣを添加した溶液による無電解メッキ層に熱処理を施すと、硬度はおおよそＨｖ４００〜５００となり、前記条件を満たす。なお、回転用の軸受では、軸部材２の外周面の硬度を軸受面３ａの硬度よりも大きくするのが望ましい。摺動用の軸受では、軸部材２の素材としてアルミニウム（硬度Ｈｖ５０〜１１０程度）を使用することもあり、この場合は、上記とは逆に軸部材２の外周面の硬度を軸受面３ａの硬度よりも小さくするのが望ましい。
【００３７】
また、高硬度層４１よりも外径側の電解メッキで形成された低硬度層４２は、高硬度層４１と比べて形成速度が早いため、その外周面の表面粗さが高硬度層４１の外周面に比べて粗くなる。よって、電解メッキで形成される低硬度層４２の表面には微小な凹凸が形成され、そこに樹脂部５が入り込み、アンカー効果を発揮する。これにより、金属メッキ層４と樹脂部５との間に強固な固着力が発揮され、両部材間での回り止めおよび抜け止めが行われる。低硬度層４２と樹脂部５との固着力をさらに向上させるために、電解浴中に非導電性粉末を混入させ、低硬度層４２の外周に取り込むことで外周表面をさらに粗面化したり、電鋳時に、低硬度層４２の外周に気泡を付着させることで外周表面に凹凸を付けたりすることもできる。
【００３８】
本発明は、上記実施形態に限られない。上記実施形態では、強化材を添加した無電解メッキにより高硬度層４１を形成する場合を例示したが、例えば、金属メッキ層４を電解メッキあるいは強化材を添加しない無電解メッキの何れか一方でのみ形成した後、その内径部に高周波焼入れ等による熱処理を施すことにより、高硬度層を形成することもできる。このうち、前者の場合は、熱処理でも顕著な高硬度化は期待できず、例えば純Ｎｉメッキの場合はＨｖ２００〜３００程度の硬度が限度であるが、後者の場合は、熱処理により容易に高い硬度（Ｈｖ４００〜５００程度）が得られる。
【００３９】
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、図７に示すように、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２０ａ、２０ｂ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することが可能である。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。これにより、軸部材２の回転時には、前記動圧溝が、軸部材２の外周面と軸受３の軸受面３ａとの間の軸受隙間に充填された潤滑流体（例えば潤滑油）に動圧作用を発生させることにより、軸部材２がラジアル方向に非接触支持される。
【００４０】
以上の軸受では、軸受の内周面の全面が金属メッキ層で形成される場合を示しているが、内周面の軸方向の一部領域が金属メッキ層４で形成されても良い。必要な箇所のみに金属メッキ層４を形成することにより、低コスト化及び生産性の向上が図られる。
【００４１】
次に、以上に説明した軸受装置１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８に基いて説明する。
【００４２】
図８に示すのモータ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３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３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３は、以上の説明で述べたとおり、金属メッキ層４をインサートして射出成形することにより形成される。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。
【００４３】
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。
【００４４】
このモータ２１の軸部材２２としては、マスター軸２０のみならず、マスター軸２０と置換した別部材の何れもが使用可能である。また、図８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。
【００４５】
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、例えば光ディスクや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。
【００４６】
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、この他にも軸受３は、軸との間の直線的な相対摺動を支持する摺動用の軸受や、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、あるいは軸の三次元方向の運動を支持する揺動用の軸受の何れにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係る軸受３を有する軸受装置１を示す断面図である。
【図２】マスター軸２０にマスキングをした状態を示す斜視図である。
【図３】マスター軸２０に高硬度層４１が形成された状態を示す斜視図である。
【図４】マスター軸２０に金属部４が形成された状態を示す斜視図である。
【図５】射出成形金型に電鋳軸１１を取付けた状態を示す断面図である。
【図６】射出成形後における、マスター軸２０、金属メッキ層４、および樹脂部５の一体品の断面図である。
【図７】マスター軸２０の他の実施形態を示す斜視図である。
【図８】本発明を適用したモータ２１の概略構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１     軸受装置
２     軸部材
３     軸受
３ａ   軸受面
４     金属メッキ層
４１   高硬度層
４２   低硬度層
５     樹脂部
６     被覆材
１１   電鋳軸
２０   マスター軸
２１   モータ
２２   軸部材
２３   スラストプレート
２４   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】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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