JP2002115718A

JP2002115718A - モーター用スラスト軸受け

Info

Publication number: JP2002115718A
Application number: JP2000306714A
Authority: JP
Inventors: Arihiro Kaneda; 有弘金田; Masaru Yoshida; 優吉田
Original assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Bakelite Co Ltd
Priority date: 2000-10-05
Filing date: 2000-10-05
Publication date: 2002-04-19

Abstract

(57)【要約】【課題】モーターの高速回転性能および長寿命化を実
現するため、耐摩耗性及び摺動性の優れるスラスト軸受
け板を提供すること。【解決方法】モーターのスラスト軸受けにおいて、少な
くとも回転軸に接する部分がポリエーテル芳香族ケトン
樹脂１００重量部に対して、炭素粒子を１重量部〜１０
０重量部を含有してなるポリエーテル芳香族ケトンで形
成されているモーター用スラスト軸受け。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば情報機器、
事務機器、オーディオ・ビデオ機器などに使用される高
速マイクロモーター、冷却ファンモーター、振動モータ
ーに用いられるスラスト軸受け材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型モーターは、パソコン、情報
機器、事務機器、オーディオ・ビデオ機器の家庭用及び
産業用の市場拡大に伴う軽薄短小かつ長寿命のニーズの
高まりにより、連続使用時間が年々長時間となり、コン
パクトかつ長寿命化が求められている。

【０００３】情報機器、事務機器、オーディオ・ビデオ
機器の性能向上に伴い、それらに用いられるモーターの
回転数が１００００ｒｐｍを超える高回転性能や長時間
連続使用可能となる耐久性が求められている。高回転数
に耐えうるモーターや長時間連続使用可能となるの各種
材料や構造が開発されてきた。

【０００４】パソコンの中にはＣＰＵ、ハードディス
ク、ＣＤ−ＲＯＭドライブ、ビデオチップ等が搭載され
ている。特に近年のパソコンの高性能化に伴い搭載部品
の消費電力が増加し、発熱量は増加する傾向にある。パ
ソコン内部の温度が上昇すると搭載部品の動作が不安定
になり、正常に作動しなくなるおそれがある。パソコン
内部の温度上昇を防ぐためにヒートシンクおよびパソコ
ン内部の空気を外に放熱するために冷却ファンが必要と
なる。長時間連続使用に耐えうる冷却ファンモーターの
各種材料や構造が開発されてきた。

【０００５】近年急激に市場を伸ばしている携帯電話等
に呼び出し音の代替として振動により着信を知らせるた
めの振動モーターが搭載されている。公共の場等でのマ
ナーとして振動により着信を知らせることが推進されて
きている。これらの振動モーターは携帯電話の小型化お
よび軽量化に伴い、非常に小さな体積のモーターの開発
が行われている。さらに、ＩＣチップ部品のようにキャ
リアテープで自動マウント、プリント配線板に直接リフ
ロー炉を通して固着させるタイプの開発が行われてい
る。

【０００６】小型モーター構造の一つであるラジアル軸
受けには、転がり軸受け構造とすべり軸受け構造があ
り、前者の転がり軸受け構造の代表的なものはボールベ
アリングがあげられ、後者のすべり軸受け構造の代表的
なものには焼結含油軸受けがあげられる。

【０００７】最近では、すべり軸受け構造で流体軸受け
又は動圧軸受けと呼ばれる、オイルや空気などを潤滑に
利用し、その動圧力により回転軸とラジアル軸受け間を
非接触に保持する軸受け構造を持つものが開発されてい
る。

【０００８】図１は、流体軸受けを有する高速マイクロ
モーターの回転軸部分の断面の模式図である。図１にお
いて、回転軸１がラジアル軸受け４とスラスト軸受け６
により回転自在に支持されている。回転軸１にはビス形
状等の溝きり２が加工されており、回転軸１が回転中に
ラジアル軸受け４と回転軸１間の潤滑剤３が均一に充満
することで回転による摩擦抵抗を低減し、高速回転性能
を有することが可能である。

【０００９】軸受け部に接する回転軸先端部１ａは、ス
ラスト軸受け６の摩耗を防止するべく、先端部分を円弧
状等に形成した回転軸１を用いたものもある。

【００１０】また、従来から低回転の分野で使用されて
いる焼結含油軸受けについても、１００００ｒｐｍ以上
の高回転に対応可能なものが開発されている。そしてい
ずれもすべり軸受け構造のものは、従来よりボールベア
リングに代表される転がり軸受けと比べても安価でかつ
長寿命であることが提唱されている。

【００１１】転がり軸受け構造ではラジアル軸受けであ
るボールベアリングがスラスト方向でも回転軸を支える
構造になっているが、すべり軸受け構造ではスラスト方
向で回転軸を受ける別の軸受けが必要となる。

【００１２】スラスト軸受けには回転軸と接する面に摩
耗量の少ない摺動特性の優れた金属や樹脂が使用されて
いる。

【００１３】スラスト軸受け６の摩耗発生については、
スラスト軸受け６の表面平滑性が重要であることが知ら
れている。表面が平滑であれば、回転軸１とスラスト軸
受け６間の摩擦抵抗を低減することが可能となり、摩擦
抵抗、摩擦熱によるスラスト軸受け６の摩耗を防止する
ことができる。

【００１４】スラスト軸受け部は、特に回転時に回転軸
１のスラスト方向の荷重をスラスト軸受け６で受ける構
造になっているため、スラスト軸受け６の摩耗が避けら
れない。スラスト軸受け６の摩耗を解決するためにスラ
スト軸受け６の表面に潤滑剤７を塗布したもの、または
耐摩耗性に優れる材質からなるスラスト軸受け板５を回
転軸１とスラスト軸受け６の間に設計したものがある。
スラスト軸受け板５の材質を選択することで、回転軸１
に用いる金属材に対する摺動時の摩耗を低減させる検討
が種々行われている。

【００１５】回転軸１には硬度の高い金属を用いること
が一般的である。一方、スラスト軸受け材には金属また
は樹脂性のものを用いる。スラスト軸受け材に硬度の高
い金属であるＳＵＳ鋼、鉄等を用いた場合には、重量が
増加し、また精度の高い加工を施す際に加工手間、コス
トがかさむという問題点がある。また、硬度の高い材質
間では摺動により摩耗が生じる。回転軸、スラスト軸受
けともに金属材を用いての小型モータの設計は、重量、
コスト、摺動音、耐久寿命の点で問題点がある。

【００１６】従来より金属系材料に取って代わる各種樹
脂がスラスト軸受け材として検討され、使用されてい
る。例えば、ナイロン４、ナイロン６、ナイロン１１、
ナイロン１２、ナイロン６６、ナイロン６・１０、ナイ
ロン６・１２やそれらのコポリマーであるナイロン系、
ＰＥＴ系、ＰＢＴ系、ＰＡＲ系、ＰＣ系、ＰＯＭ系、Ｐ
ＰＳ系、ＰＴＦＥ系、超高分子量ＰＥ系樹脂、ＡＢＳ
系、ＰＩ系等の熱可塑性樹脂、ＰＩ系、エポキシ系、Ｄ
ＡＰ系およびそれらの複合樹脂、さらには各樹脂に対し
て木紛、アスベスト、グラファイト、ガラス繊維、カー
ボン繊維、ガラス質セラミック繊維系、アラミド繊維、
硫化モリブデン、硫化鉄等の金属硫化物の固体潤滑材、
油潤滑材等を充填した材料である。小型モーターのスラ
スト軸受け材として、上記材料を用いた場合、厳しい摩
耗状況下や長時間使用時に摩耗が生じることがある。ま
た、摺動時の摩擦熱により耐久性に問題が生じることが
ある。ＰＴＦＥ等のフッ素樹脂を混合した硬度が低く、
摩擦係数の小さい材質を用いて摩耗が生じない場合にお
いても、回転軸の荷重を支えきれずに軸受け部分に窪み
が生じることがある。

【００１７】上記流体軸受けは転がり軸受け構造と違
い、すべり軸受け構造に分類されるため、スラスト方向
の軸受けが必要となるが、その回転数が非常に高いため
摺動適性に優れかつ耐摩耗性に優れ、使用環境による温
度変化に対応し、更に潤滑剤にオイルを使用することが
多いため耐油性を必要としていたが適合する材料がなか
った。また各材料を複合させることにより上記特性を満
たす材質よりなる軸受け部材が研究されているが、いず
れも必要とされる特性を十分に満足させるものは開発さ
れていない。

【００１８】スラスト軸受け６の摩耗を解決するために
スラスト軸受け６の表面に潤滑剤７を塗布したもの、ま
たは耐摩耗性に優れる材質からなるスラスト軸受け板５
を回転軸１のスラスト方向に設計したものがあるが、耐
摩耗性、摩擦による発熱の影響を受け長寿命化を実現す
ることが困難である。

【００１９】また回転数が高回転（１００００ｒｐｍ以
上）になると摩耗による数多くの問題が発生するため、
摺動適性に優れかつ耐摩耗性に優れ、使用環境による温
度変化に対応し、更に潤滑剤にオイルを使用することが
多いことから耐油性を必要とした材料が要求されていた
が、適合する材料がなかった。摩耗による問題として
は、回転軸の回転中心からの左右・上下方向の振れ等が
ある。

【００２０】更に各材料を複合させることにより上記特
性を満たす材質よりなる軸受け部材が研究開発されてい
るが、非常に高価なものになりコスト的に問題がある。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、モー
ターの高速回転性能および長寿命化を実現するため、耐
摩耗性及び摺動性の優れるスラスト軸受け板を提供する
ことにある。

【課題を解決するための手段】

【００２２】本発明は、モーターのスラスト軸受けにお
いて、少なくとも回転軸に接する部分がポリエーテル芳
香族ケトン樹脂１００重量部に対して、炭素粒子を１重
量部〜１００重量部を含有してなるポリエーテル芳香族
ケトン材（以下本文中において、炭素粒子含有ポリエー
テル芳香族ケトン材、と記す）で形成されているモータ
用スラスト軸受けである。好ましい実施形態としては、
炭素粒子含有ポリエーテル芳香族ケトン材はシート状に
溶融押し出した後、打ち抜きした平板、又は打ち抜き時
に成形した曲面状板であり、厚みが１０μｍ〜１０００
μｍであり、打ち抜き径はφ１ｍｍ〜φ２０ｍｍであ
り、ＰＥＥＫ材の表面平滑性が中心線平均粗さ（Ｒａ）
において２μｍ以下である前記モーター用スラスト軸受
けである。本発明における炭素粒子の平均粒子径は０．
１μｍ〜１００μｍのものを用いる。好ましくは１μｍ
〜５０μｍである。更に好ましい実施形態としては、モ
ーターのラジアル軸受けが流体軸受け構造、又はオイル
レスメタル構造である前記モーター用スラスト軸受けで
ある。又本発明は、モーターが高速マイクロモーターで
あり、高速マイクロモーターの回転数が１０，０００ｒ
ｐｍ以上である前記モータ用スラスト軸受けであり、こ
れを使用した使用した高速マイクロモーターである。又
本発明は、モーターが冷却ファンモーターである前記モ
ータ用スラスト軸受けであり、これを使用した冷却ファ
ンモーターである。又本発明は、モーターが振動モータ
ーである前記モーター用スラスト軸受けであり、これを
使用した振動モーターである。

【００２３】本発明の効果を阻害しない限り、必要に応
じて繊維補強材（ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリ
ウム繊維、セラミック質繊維、アラミド繊維、ボロン繊
維等）、粒状強化材（炭酸カルシウム、クレー、タル
ク、シリカ、マイカ等）、導電性向上材（カーボン、酸
化亜鉛、酸化チタン等）、熱伝導性向上剤（粉末状金属
酸化物等）、酸化防止剤、熱安定剤、帯電防止剤、紫外
線吸収剤、滑材、離型剤、染料、顔料、他の熱可塑性樹
脂（ポリアミド系、ポリカーボネート系、ポリアセター
ル系、ＰＥＴ系、ＰＢＴ系、ポリアリレート系、ポリフ
ェニレンサルファイド系、ポリエーテルサルフォン系、
ポリサルフォン系、ポリアリレート系、ポリエーテルイ
ミド系、ポリイミド系、フッ素系、ポリエーテルニトリ
ル系、液晶ポリマー系等）、熱硬化性樹脂（フェノール
系、エポキシ系、ポリイミド系、シリコン系、ポリアミ
ドイミド系等）を併用しても良い。

【００２４】添加混合・混錬方法は特に限定されること
はなく各種混合・混錬手段が用いられる。例えば、各々
別々に溶融押出し機に供給して混合しても良い、またあ
らかじめ紛体原料のみをヘンシェルミキサー、ボールミ
キサー、ブレンダー、タンブラー等の混合機を利用して
乾式予備混錬し、さらに溶融可能な熱可塑性樹脂であれ
ば溶融混錬機にて溶融混錬することができる。成形方法
としては基材となる樹脂に適当な成形方法を適用するこ
とができる。たとえば射出成形、溶融押出し成形、注型
成形、圧縮成形、焼結成形、紛体塗装等の各種成形方法
である。

【発明の実施の形態】

【００２５】本発明において用いられる炭素粒子含有ポ
リエーテル芳香族ケトン材は溶融押出成形によりシート
化されるものが好ましいが、その押出方法、引き取り方
法については特に限定するものではない。本発明の前記
材料からなるのシートの製法は、溶融押出直後に引き取
り冷却ロールにより冷却固化させる方法が好ましい。冷
却ロールの表面を平滑にしておくことで、溶融ＰＥＥＫ
が固化する際にロール表面の平滑性をシート表面へ転写
させることが可能である。それにより得られる高平滑性
を有するＰＥＥＫシートを打ち抜き加工しスラスト軸受
け材として用いた場合、摩耗の発生を防止することがで
きる。

【００２６】冷却固化工程においては冷却ロールを用い
る方法の他に、ベルトコンベア式の引き取りベルトを用
いる方法がある。引き取りベルトの表面を平滑にしてお
くことで、溶融ＰＥＥＫが固化する際にベルト表面の平
滑性をシート表面へ転写させることが可能である。冷却
ロールを用いる場合、シートの片面冷却を行う方法やシ
ート両表面を２台以上のロールを用いて同時に冷却固化
させる方法がある。ベルトコンベア式に引き取る場合、
シート片面をベルト搬送により引き取る方法や２台以上
のベルトを用いてシート両表面をベルトで挟み込みなが
ら冷却固化搬送する方法がある。

【００２７】回転軸と接するスラスト軸受け材として用
いる炭素粒子含有ポリエーテル芳香族ケトン材は、その
表面ができるだけ平滑であることが耐磨耗性のために必
要である。炭素粒子含有ポリエーテル芳香族ケトン材シ
ートの表面平滑性については、中心線平均粗さ（Ｒａ）
が２μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ以下、
更に好ましくは０．５μｍ以下である。

【００２８】表面平滑性に優れた炭素粒子含有ポリエー
テル芳香族ケトン材シートを得る為には、シートへの異
物混入が無いことも必要とされる。溶融押出しシート状
に加工する際、溶融した炭素粒子含有ポリエーテル芳香
族ケトン材をフィルトレーションすることで混練異物等
の除去が可能となる。フィルトレーションに用いる異物
除去フィルターの種類や条件については特に限定するも
のではない。

【００２９】炭素粒子含有ポリエーテル芳香族ケトン材
の形状としては、特に限定しないが、打ち抜きした円盤
状の平板、又は打ち抜き時に成形した曲面状板が好まし
い。炭素粒子含有ポリエーテル芳香族ケトン材の厚みと
しては２５〜１０００μｍが好ましく、２５μｍ未満の
場合は打ち抜きなどの加工性及び組立時の安定性が悪
く、１０００μｍを超えると打ち抜きにくかったり、コ
スト的に高価なものになってしまう。

【００３０】上記手段により、高速回転する回転軸から
スラスト方向の荷重を受ける軸受け板の摩耗を防止しモ
ーターの高速回転性能及び長寿命化の実現を可能にす
る。

【００３１】

【実施例】以下に本発明の実施例について説明するが、
本発明は実施例により限定されるものではない。適用例
として基材として用いるポリエーテル芳香族ケトン樹脂
はビクトレックス社製ＰＥＥＫ４５０Ｇを用い、炭素粒
子は鐘紡社製ベルパールＣ−８００をもちいた。評価に
用いたサンプルは、溶融押出加工によりシリンダー温度
３４０℃、ダイス温度３９０℃の条件で押出成形を行っ
たシートを用いた。

【００３２】各種評価については下記に基づき実施し
た。（１）耐磨耗性（１）：磨耗輪磨耗型磨耗試験機を用
い、摺動荷重１０００ｇｆ、試験片回転速度６０ｒｐ
ｍ、磨耗距離２４５ｍ運転後の試験片磨耗体積を測定
（ＪＩＳＫ７２０４準拠）（２）耐磨耗性（２）：ピンオンディスク型磨耗試験機
を用い、摺動荷重９０ｇｆ、ＳＵＳ軸回転速度１０００
０ｒｐｍ、磨耗時間１００時間運転後の試験片磨耗痕お
よび軸先端の磨耗状況を観察。試験片磨耗および軸先端
磨耗の非常に少ないものを○、試験片または軸先磨耗が
確認できるものを△、試験片および軸先磨耗が確認でき
るものを×とした。（３）成形性：単軸押出機とＴ型ダイスを用いてシート
加工成形を行い得られたサンプルの外観を目視で評価。
外観良好なものを○、表面粗さの大きいもの、または安
定した成形品が得られないものについて×とした。

【００３３】

【表１】

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、スラスト軸受け板に摺
動性の優れる炭素粒子含有ポリエーテル芳香族ケトン材
を用いることにより、軸受け板の耐熱性を損なわずに耐
摩耗性が向上しモーターの高速回転性能及び長寿命化を
達成した。

【図面の簡単な説明】

【図１】モーターの回転軸部分の断面の模式図

【符号の説明】

１回転軸２ビス状の溝きり３潤滑剤４ラジアル軸受け５スラスト軸受け板６スラスト軸受け７潤滑剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｋ 5/167 Ｈ０２Ｋ 5/167 Ｂ 7/08 7/08 Ａ 7/14 7/14 ＡＦターム(参考） 3J011 AA06 AA20 BA02 BA08 DA01 KA02 KA03 LA01 MA02 SB19 SC20 SE02 5D107 AA09 BB08 CC09 DD08 5H605 BB05 CC04 EB03 EB06 FF06 FF11 GG21 5H607 BB01 CC01 CC05 EE57 FF04 KK07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モーターのスラスト軸受けにおいて、少
なくとも回転軸に接する部分が、ポリエーテル芳香族ケ
トン樹脂１００重量部に対して、炭素粒子を1重量部〜
１００重量部を含有してなるポリエーテル芳香族ケトン
材で形成されていることを特徴とするモーター用スラス
ト軸受け。
【請求項２】ポリエーテル芳香族ケトン材はシート状
に溶融押し出した後、打ち抜きした平板、又は打ち抜き
時に成形した曲面状板であり、厚みが１０〜１０００μ
ｍであり、打ち抜き径はφ１ｍｍ〜φ２０ｍｍである請
求項１記載のモーター用スラスト軸受け。
【請求項３】モーターのラジアル軸受けが流体軸受け
構造、又はオイルレスメタル構造である請求項１または
２記載のモーター用スラスト軸受け。
【請求項４】モーターが高速マイクロモーターである
請求項１、２または３記載のモーター用スラスト軸受
け。
【請求項５】高速マイクロモーターの回転数が１０，
０００ｒｐｍ以上である請求項４記載のモーター用スラ
スト軸受け。
【請求項６】請求項４又は５記載のモーター用スラス
ト軸受けを使用した高速マイクロモーター。
【請求項７】モーターが冷却ファンモーターである請
求項１、２または３記載のモーター用スラスト軸受け。
【請求項８】請求項７記載のモーター用スラスト軸受
けを使用した冷却ファンモーター。
【請求項９】モーターが振動モーターである請求項
１、２または３記載のモーター用スラスト軸受。
【請求項１０】請求項９記載のモーター用スラスト軸
受を使用した振動モーター。