JP2001065570A - 動圧軸受及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】６ＧＰａ以上の弾性率の材料を用いて軸受部材
を射出成形しても、無理抜きによる変形, キズ等が発生
せず、精度良く成形できて軸受性能を十分満足しうる動
圧軸受を提供する。 【解決手段】円筒状の内周面２０ｎにラジアル軸受面Ｒ
とラジアル動圧溝２１を有する軸受部材２０を射出成形
により成形するにあたり、軸受部材２０のラジアル軸受
面Ｒを形成するコアピン９は、ラジアル動圧溝２１の形
状に対応する形状のピン溝Ｍ_R のエッジ部９ｃを面取り
又はだらして略Ｒ形状とされ、そのコアピン９を挿入し
た金型のキャビテイ内に弾性率６ＧＰａ以上の材料を射
出注入して成形し、成形後に軸受部材２０を無理抜きに
より金型より離型する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小型モータに多用
される動圧軸受とその製造方法に係り、特に、動圧溝が
円筒状の内面に形成されたラジアル軸受面を有する動圧
軸受の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】小型モータでは、スピンドルを動圧軸受
を介して非接触に支持することが多い。その種の動圧軸
受として、例えば当該スピンドルが挿通される円筒状の
穴を有する合成樹脂製の軸受部材を備え、その穴の内周
面をラジアル軸受面としてこれに動圧溝が形成された動
圧軸受が、特開平４−８９０９号公報、特開平７−１９
００４８号公報に開示されている。

【０００３】これら従来例の合成樹脂製の軸受部材は、
ラジアル軸受面の動圧溝形状に対応する形状のピン溝が
形成されているコアピンを有する所定の金型を使用して
射出成形で形成され、その際に円筒状穴の内周面にラジ
アル動圧溝が同時に形成される。その動圧溝の深さは、
軸径, 軸受隙間，使用する動圧流体により異なるが、通
常、２〜１２μｍ程度である。射出した樹脂が固化した
後、金型から離型されて所定形状，サイズの動圧溝を有
する軸受部材が得られる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、射出
成形後の軸受部材の離型方法及び動圧溝部やランド部の
エッヂの形状等については全く触れていないが、しか
し、軸受部材を射出成形してその円筒状穴の内周面に動
圧溝を形成する場合は、金型から離型する際に軸受部材
は軸方向に押し出されるため、動圧溝は必然的に無理抜
きになる。

【０００５】これをそのまま無理抜きすると、動圧溝
が変形したり、或いは動圧溝を有する軸受部材の内周面
（ラジアル軸受面）にキズが付いてしまう。さらに、
動圧溝を無理抜きにより離型するため離型圧力が大きく
なり、離型のために軸受部材が押される部分が変形する
こともある。特に、動圧軸受に要求される寸法精度と
軸受部材に要求される剛性を達成するためには、高弾性
率の材料を使用する必要があるが、高弾性率の材料ほど
上記無理抜きが困難になる等の問題がある。

【０００６】そこで、本発明は、このような従来技術の
問題点に着目してなされたものであり、動圧軸受に要求
される寸法精度と軸受部材に要求される剛性とを満たす
６ＧＰａ以上の弾性率の材料を用いて軸受部材を射出成
形しても、無理抜きによる変形, キズ等が発生せず、精
度良く成形できて軸受性能を十分満足しうる動圧軸受を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に係る本発明は、円筒状の内周面にラジ
アル軸受面を有し、該ラジアル軸受面に動圧溝を有する
軸受部材を備えた動圧軸受において、前記軸受部材の材
料の弾性率が６ＧＰａ以上であり、且つ前記動圧溝の少
なくとも溝底角部が面取りされ又はだらされて略Ｒ形状
になっていることを特徴とする。

【０００８】ここに、前記軸受部材のラジアル軸受面の
動圧溝において、溝底角部の面取り量又はだらし量を動
圧溝深さの５〜４０％とすることができる。さらに、
「動圧溝とそのランド部との境目のエッジ部分」（以
下、省略して「動圧溝のエッジ部」という）が面取りさ
れ又はだらされて略Ｒ形状になっているものとすること
ができる。

【０００９】また、本発明の請求項２に係る発明である
動圧軸受の製造方法は、円筒状の内周面にラジアル軸受
面を有すると共に該ラジアル軸受面に動圧溝を有する軸
受部材を射出成形により成形するにあたって、前記軸受
部材の動圧溝付きのラジアル軸受面を形成するコアピン
は、前記「動圧溝形状に対応する形状のピン溝とそのラ
ンド部との境目のエッジ部」（以下、省略して「ピン溝
のエッジ部」という）を面取り又はだらして略Ｒ形状と
され、そのコアピンを挿入した金型のキャビテイ内に弾
性率６ＧＰａ以上の材料を射出注入して成形し、成形さ
れた前記軸受部材を無理抜きにより金型より離型するこ
とを特徴とする。

【００１０】ここで、本発明の動圧軸受の製造に使用す
るコアピンは、ピン溝のエッジ部の面取り量又はだらし
量を、ピン溝深さの５〜４０％とすることができる。コ
アピンのピン溝のエッジ部の面取り量又はだらし量がピ
ン溝深さの５％より小さいと面取り効果が小さくなり、
製品軸受部材のラジアル動圧溝におけるランド部や成形
後離型のために押される部分（例えばフランジ部）が変
形する。一方、コアピンのピン溝のエッジ部の面取り量
又はだらし量がピン溝深さの４０％より大きいと、製品
軸受部材におけるラジアル動圧溝の溝底の平らな面が少
なくなりすぎて動圧軸受としての性能が低下する。

【００１１】また、前記コアピンは、ピン溝のエッジ部
のみでなく溝底角部も面取り又はだらされて略Ｒ形状と
されたものとすることができる。このように、両方の面
取りを行うことは、特に製品軸受部材におけるラジアル
軸受面の動圧溝ランド部分のエッジの変形防止に効果的
である。本発明の動圧軸受は、射出成形される軸受部材
の材料の弾性率が６ＧＰａ以上と高くても、コアピンの
ピン溝のエッジ部が面取又はだらされて略Ｒ形状になっ
ているため、コアピンから無理抜きに離型するときの離
型圧力が小さくなる。また、成形された軸受部材のラジ
アル軸受面を離型時にコアピンが通過する際に、ピン溝
のエッジ部で動圧溝のランド部（凸）がキズつけられる
こともない。

【００１２】かくして、本発明によれば、変形もせず、
キズもなく、精度良く成形された弾性率６ＧＰａ以上の
軸受部材を有する動圧軸受を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図面を参照して説明する。図１は、本発明の動圧軸受の
射出成形用金型の一例を示した要部断面図である。この
金型はピンポイントゲート方式の３枚プレート構成の金
型であり、固定側はスプール１ａを有するスプールブッ
シュ１, ランナーロックピン２が取り付けられている固
定側取付板３、ランナーストリッパプレート４、固定側
キャビテイ５を有する固定側型板６等からなり、キャビ
テイ５にはランナー５ａ, ゲート５ｂ, 円筒底面部５ｃ
が形成されている。

【００１４】可動側は可動側キャビテイ７を有する可動
側型板８等からなり、キャビテイ７にはフランジ７ａ,
円筒部７ｂが形成されている。さらに、その円筒部７ｂ
内にに挿入されるコアピン９及び前記フランジ７ａを押
圧するエジェクタピンを備えている。コアピン９は、先
端面にスラスト軸受形成部９ａ、それに続く外周面に動
圧発生用の溝を形成するべくラジアル動圧軸受形成部９
ｂを備えている。なお、可動側の他の型部品( ガイドピ
ン, サポートピン, スペーサブロック, 可動側取付板,
エジェクターピンを取り付けたエジェクタープレート,
リターンピン,バネなど）や３枚プレートを作動させる
ための引張リンク, プラボルト, ストップボルト, 金型
温調用ヒータなどは図示を省略している。

【００１５】図２（ａ）はコアピン９の側面図で、外周
面にラジアル動圧軸受形成部９ｂを備え、そこにはラジ
アル動圧溝用のピン溝Ｍ_R が形成されている。同図
（ｂ）にピン溝Ｍ_R 及びそのランド部Ｌの拡大断面図を
示す。成形された製品動圧軸受では、コアピン９のピン
溝Ｍ_R （凹部）が動圧溝ランド部（凸部）になり、反対
にコアピン９のランド部Ｌが動圧溝になる。

【００１６】この拡大図（ｂ）に示すように、コアピン
９のピン溝Ｍ_R のエッジ部Ｅが略Ｒ形状に面取りされて
いる。このように動圧溝用のピン溝Ｍ_R のエッジ部Ｅを
略Ｒ形状に面取りすることにより、射出成形時に製品軸
受部材を金型から離型する時の離型圧力が低減され、軸
受部材の動圧溝の変形や動圧溝を含むラジアル軸受面に
キズをつけることもなく精度良く成形できる。また、離
型が円滑に行えるのでエジエクターピン１０等により直
接押される部分（この場合はフランジ部）が過大な押圧
力で変形することもない。

【００１７】図３（ａ）は成形した樹脂製軸受部材の縦
断面図、同図（ｂ）はその部分拡大図である。この製品
軸受部材２０は、図１の射出成形型と図２のコアピン９
とを用いて射出成形されたものであり、円筒部２０ａの
内周面２０ｎにラジアル動圧溝２１とランド部（凸状）
２２とを有するラジアル動圧部Ｒが設けられると共に、
それに続く円筒部底面２０ｂにスラスト軸受部Ｓが設け
られた、ラジアル・スラスト一体の樹脂製の動圧軸受部
材である。なお、図では外径部にフランジ２０Ｆが設け
られているがフランジ２０Ｆはなくともよい。円筒部内
周面２０ｎはコアピン９の形状が転写されており、コア
ピン９のラジアル動圧溝用のピン溝Ｍ_Rが軸受部材２０
ではランド部（凸）２２になっている。

【００１８】先に述べたように、コアピン９のピン溝Ｍ
_R のエッジ部Ｅが略Ｒ形状に面取りされているため、軸
受部材２０では動圧溝部２１の溝底角部２１ｅが略Ｒ形
状の面取りとなっており、動圧溝部２１以外の部分も動
圧溝部２１とほぼ同じ深さの凹部２３となっている。実
際の使用にあたっては、動圧溝２１以外の凹部２３は潤
滑油溜まりの役目を果たす。

【００１９】上記の金型を用いて動圧軸受の軸受部材を
射出成形すると、図示されない射出成型機の射出ノズル
から金型内に射出された溶融樹脂は、スプール１ａ, ラ
ンナー５ａを経て、固定型キャビテイ５に設けられてい
る円筒底面部５ｃのほぼ中心に設けられた１点ピンポイ
ントゲート５ｂから固定側キャビテイ５に流入して円筒
底部に充填され、次に可動側キャビテイ７のフランジ部
７ａの円周方向に均一に充填された後、円筒部７ｂに順
次充填される。

【００２０】このように円筒底面部５ｃのほぼ中心の１
点ピンポイントゲート５ｂにより充填されるため、円筒
部７ｂに充填される時の溶融樹脂先端は、円周方向に均
一に揃った状態で軸方向に順次充填されるから、ウエル
ドが生じることがなく、射出圧力も均一にかかる。そし
て、保圧, 冷却後成型機の型開きにより可動側が移動
し、ＰＬ（パーティング面）が開き、ゲート部５ｂが切
断されて、製品である動圧軸受の軸受部材は可動側キャ
ビテイ７に残る。次に、図外の引張リンク, プラボル
ト, ストップボルトにより固定側型板６とランナースト
リッパープレイト４間及びランナーストリッパープレイ
ト４と固定側取付板３間が開く。可動側キャビテイ７か
らの製品の離型は、フランジ面７ａをエジエクターピン
１０により突き出すことにより行っている。よって、コ
アピン９の外周面のラジアル動圧軸受形成部９ｂにより
製品である軸受部材の円筒状の内周面に形成されている
ラジアル動圧溝は、無理抜きにより離型される。なお、
製品軸受部材２０の内周面２０ｎのラジアル動圧溝２１
は、コアピン９の外周面にラジアル動圧軸受形成部９ｂ
を加工するだけで良いため、溝パターンの設計が自由に
出来る。なお、突き出し位置はフランジ面７ａに限られ
ず、製品軸受部材の開口部端面をエジェクターピンやス
リーブで突き出しても良い。

【００２１】図４に、本発明の他の実施の形態を示す。
同図（ａ）はコアピンの要部拡大断面図、同図（ｂ）は
そのコアピンを使用して成形された樹脂製軸受部材の要
部拡大断面図である。なお、第１の実施の形態と同一ま
たは相当部分には同一の符号を付している。図２，図３
に示す第１の実施の形態の場合と異なるところは、コア
ピン９のラジアル動圧溝用のピン溝Ｍ_R の溝底角部９ｃ
及び樹脂製軸受部材２０のランド部２２のエッジ２２Ｅ
との両方とも、略Ｒ形状の面取りがしてある点である。
このように両方の面取りを行うことにより、特に樹脂製
軸受部材２０のランド部（凸部）２２のエッジ２２Ｅの
変形防止に効果を発揮する。

【００２２】上記第１，第２の各実施の形態における略
Ｒ形状の面取り量は、動圧溝深さの５〜４０％としてい
る。５％より小さいと成形された樹脂製軸受部材２０の
離型時に、そのランド部２２に変形や傷が生じる。この
離型時の変形やキズに対しては面取り量は大きい程良い
が、４０％より大きいと動圧軸受としての性能が低下す
るため上限を４０％としている。

【００２３】次に、本発明の樹脂製軸受部材の成形につ
いて行った比較実験を説明する。実験に使用した材料と
弾性率を下記に示す。 弾性率２．５ＧＰａ；ポリアセタール( 充填材なし) ３．９ ；ポリフエニレンサルファイド( 充填材なし) ５．５ ；ポリアセタール（ガラスファイバー約３０重量％充填） ６．０ ；ポリブチレンテレフタレート（ガラスファイバー約２０ 重量％充填） ７．８ ；ポリフェニレンサルファイド（カーボンファイバー約３ ０重量％十ポリテトラフルオロエチレン充填） ８．０ ；ポリブチレンテレフタレート（カラスファイバー約３０ 重量％充境） １３．７ ；ポリフエニレンサルファイド（ガラスファイバー約４０ 重量％充填） １４．７ ；ポリフエニレンサルファイド（カラスファイバー約３５ 重量％十炭酸カルシウム充填） １８．０ ；ポリフェニレンサルファイド（ガラスファイバー約４０ 重量％十炭酸カルシウム充填） 図５は、材料の弾性率と成形精度（軸受部材内径の円筒
度）との関係を示す実験結果である。弾性率が６ＧＰａ
以上であれば動圧軸受の軸受部材に要求される円筒度精
度の３μｍを満たしている。この結果から、本発明にあ
っては軸受部材の要求精度を満たすべく材料の弾性率を
６ＧＰａ以上とする。

【００２４】図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に、コアピン
９の動圧溝用のピン溝Ｍ_R （溝深さを２μｍ，６μｍ，
１０μｍ，１２μｍの４種類とした）のエッジ部ＥのＲ
形状面取り量を種々変えて成形した軸受部材２０による
離型実験の結果を示す。各図とも、横軸に使用した材料
の弾性率、縦軸にコアピンのピン溝Ｍ_R の溝深さを目盛
っている。

【００２５】図６（ａ）はコアピン９のピン溝Ｍ_R の面
取り無しの場合、図６（ｂ）は面取り量が溝深さの３〜
４％の場合、図６（ｃ）は面取り量が溝深さの５％の場
合である。 判定： ○印；製品軸受部材の離型による内径の変形，キズ及び
離型時に直接押す部分( フランジ部など）の変形がない
もの。

【００２６】×印；前記の変形が１つでも起こったも
の。図６の結果から、動圧軸受の樹脂製軸受部材に要求
される成形精度と剛性を満たす６ＧＰａ以上の弾性率の
材料であっても、コアピンの動圧溝用のピン溝Ｍ_Rのエ
ッジ部ＥのＲ形状面取り量が溝深さの５％未満の場合に
は、離型による製品内径面（動圧溝を有するラジアル軸
受面）の変形，キズ及び離型時に直接押す部分( フラン
ジ部２０Ｆなど) の変形が起こる可能性があり、したが
ってコアピンの動圧溝用のピン溝Ｍ_R のエッジ部ＥのＲ
形状面取り量は溝深さの５％以上にするのが良いことが
わかる。

【００２７】なお、本発明の動圧軸受の軸受部材に使用
される樹脂材料は、マトリクス樹脂として耐熱性を有
し、かつ成形精度が得られ、高温においても剛性を維持
できる樹脂材料が好ましい。こうした樹脂材料として、
ポリフエニレンサルファイド樹脂の他、ポリブチレンテ
レフタレート樹脂, ポリエチレンテレフタレート樹脂等
を例示することができる。

【００２８】また、動圧軸受としての性能を更に向上さ
せるべく、成形精度を向上させ、線膨張係数を小さく押
さえ、温度によるラジアル隙間の変化を小さくするた
め、樹脂材料に粉末状や繊維状の強化材を配合すること
が好ましい。この粉末状の強化材としてガラス粉末, ガ
ラスビーズ, シリカ, 炭酸カルシウム、繊維状の強化材
としてガラス繊維, カーボン繊維等を例示できる。

【００２９】動圧軸受においては、その軸受部材に支持
されるロータ軸の回転初期と停止時には、軸と軸受部材
であるスリーブとが接触する。さらに、軸受部材底面の
スラスト軸受と軸端面とは回転時常時接触する。そのた
め、耐摩耗性も要求される。したがって耐摩耗性, 摺動
性を改良する充填材を配合することがより好ましい。こ
の充填材として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末
や炭化フェノール粒子などが例示できる。これらは、１
種又は２種以上を組み合わせることもできる。

【００３０】また、動圧軸受の軸受部材の外形形状は実
施の形態に限られるものではなく、異形でもよく、フラ
ンジなどが設けられていてもいなくても良い。また、動
圧溝のパターンも、実施の形態のヘリングボーン状に限
られるものではなく、動圧軸受として機能する溝パター
ンおよび溝幅比であれば良い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動圧軸受の軸受部材を、弾性率６ＧＰａ以上の材料を用
い、且つラジアル軸受面となる内径面の動圧溝を形成す
るコアピンのピン溝のエッジ部を略Ｒ形状として射出成
形により形成したため、軸受部材を金型から雛型する時
の離型圧力が低減されてコアピンから容易に無理抜きし
て離型でき、しかも動圧溝の変形や動圧溝を含む内径面
にキズをつけることもなく、さらに離型時にエジエクタ
ーピン等により直接押される部分が変形することもな
く、動圧軸受に要求される成形精度と剛性を満たした精
度の良い動圧軸受が得られるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動圧軸受の軸受部材射出成形用の成形
型の一例を示す要部断面図である。

【図２】本発明の動圧軸受の軸受部材射出成形時に使用
するコアピンを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）はその要
部拡大断面図である。

【図３】本発明の動圧軸受の射出成形された軸受部材を
示し、（ａ）は側面の断面図、（ｂ）はその要部拡大断
面図である。

【図４】（ａ）は本発明に用いるコアピンの他の実施の
形態の要部拡大断面図、（ｂ）はそのコアピンを用いて
射出成形された軸受部材の要部拡大断面図である。

【図５】軸受部材の材料の弾性率と成形された製品の内
径の円筒度との関係を求めたグラフである。

【図６】コアピンのピン溝深さを種々変えて行った軸受
部材の射出成形実験において、そのピン溝のエッジ部の
Ｒ形状面取り量と離型した成形品の変形，キズの有無と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

２０ 軸受部材 ２０ａ 円筒部 ２０ｂ 底部 Ｒ ラジアル動圧軸受部 Ｓ スラスト軸受部 ２１ ラジアル動圧溝 ２１ｅ 溝底角部（略Ｒ形状） ２２ ランド ２３ 動圧溝以外の凹部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の内周面にラジアル軸受面を有
   し、該ラジアル軸受面に動圧溝を有する軸受部材を備え
   た動圧軸受において、前記軸受部材の材料の弾性率が６
   ＧＰａ以上であり、且つ前記動圧溝の少なくとも溝底角
   部が面取りされ又はだらされて略Ｒ形状になっているこ
   とを特徴とする動圧軸受。
2. 【請求項２】 円筒状の内周面にラジアル軸受面を有す
   ると共に該ラジアル軸受面に動圧溝を有する軸受部材を
   射出成形により成形する動圧軸受の製造方法において、 前記軸受部材の動圧溝付きのラジアル軸受面を形成する
   コアピンは、前記動圧溝形状に対応する形状のピン溝の
   エッジ部を面取り又はだらして略Ｒ形状とされ、そのコ
   アピンを挿入した金型のキャビテイ内に弾性率６ＧＰａ
   以上の材料を射出注入して成形し、成形された前記軸受
   部材を無理抜きにより金型より離型することを特徴とす
   る動圧軸受の製造方法。