JP2005090654A - 動圧軸受用ハイブリッド軸の成形金型および成形方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハイブリッド軸を成形するに際して、金属材と金型の嵌合穴との軸心の傾斜ずれを防止する。
【解決手段】 成形金型３３は、ハイブリッド軸の軸部の外周部を構成する円筒状の金属材２２を嵌合するための嵌合穴３１と、嵌合穴３１に嵌合された金属材２２の内周部を含み、軸部の芯部及びフランジ部を成形するためのキャビティと、嵌合穴３１の周囲に配設され、金属材２２を半径方向の片側に押圧して嵌合穴３１内で位置決めするための油圧室３６とを備えている。油圧室３６に油圧が付与されると、この油圧で薄壁３７が嵌合穴３１の側に微少量変し、これにより、金属材２２が嵌合穴３１内で位置決め保持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、金属材と樹脂材とで形成された動圧軸受用ハイブリッド軸を成形するための成形金型および成形方法に関する。

図４は、動圧軸受装置１を組み込んだ情報機器用（ＨＤＤ等のディスク駆動装置用）スピンドルモータの一構成例を示している。このスピンドルモータは、ＨＤＤ等のディスク駆動装置に用いられるもので、軸部材２を回転自在に非接触支持する動圧軸受装置１と、軸部材２に装着されたロータ（ディスクハブ）３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４およびロータマグネット５とを備えている。ステータ４はブラケット６の外周に取付けられ、ロータマグネット５はディスクハブ３の内周に取付けられる。動圧軸受装置１のハウジング７は、ブラケット６の内周に装着される。ディスクハブ３には、磁気ディスク等のディスクＤが一又は複数枚保持される。ステータ４に通電すると、ステータ４とロータマグネット５との間の電磁力でロータマグネット５が回転し、それによって、ディスクハブ３および軸部材２が一体となって回転する。

例えば、下記の特許文献１に記載されているように、動圧軸受装置１は、ハウジング７と、ハウジング７に固定された軸受スリーブ８、スラスト部材９、及びシール部材１０と、軸部材２とを構成部品して構成される。軸部材２は、軸受スリーブ８の内周面に挿入される軸部２ａと、軸部２ａの同図下端に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。フランジ部２ｂは、軸受スリーブ８の同図下側端面とスラスト部材９の同図上側端面との間の空間部に収容される。スラスト部材９とシール部材１０とで密封されたハウジング７の内部空間には潤滑流体、例えば潤滑油が充填される。

軸受スリーブ８の内周面と軸部材２の軸部２ａの外周面との間にラジアル軸受部が設けられる。また、軸受スリーブ８の同図下側端面と軸部材２のフランジ部２ｂの同図上側端面との間にスラスト軸受部が設けられ、さらに、スラスト部材９の同図上側端面とフランジ部２ｂの同図下側端面との間にスラスト軸受部が設けられる。

軸部材２の回転時、軸受スリーブ８の内周面のラジアル軸受面となる領域は軸部２ａの外周面とラジアル軸受隙間を介して対向する。また、軸受スリーブ８の同図下側端面のスラスト軸受面となる領域はフランジ部２ｂの同図上側端面とスラスト軸受隙間を介して対向し、スラスト部材９の同図上側端面のスラスト軸受面となる領域はフランジ部２ｂの同図下側端面とスラスト軸受隙間を介して対向する。そして、軸部材２の回転に伴い、上記ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間内の潤滑油の動圧が発生し、軸部材２が上記ラジアル軸受隙間及びスラスト軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によって回転自在に非接触支持される。
特開２００３−０６５３２４号公報

この種の動圧軸受装置は、情報機器の益々の高性能化に伴って必要とされる高い軸受性能を確保すべく、各部品の加工精度や組立精度を高める努力がなされている。その一方で、情報機器の低価格化の傾向に伴い、この種の動圧軸受装置に対するコスト低減の要求も益々厳しくなっている。

この種の流体軸受装置の低コスト化を図る手段として、軸部材を金属材と樹脂材とのハイブリッド構造にすることが考えられる。すなわち、軸部とフランジ部とを有する軸部材を金属材で一体形成する場合、旋削や鍛造等で基本形状を成形した後、表面粗さや寸法精度等の精度が要求される軸部の外周面やフランジ部の両端面等を研削加工で仕上げる等、多くの工程が必要であり、このことが製造コストの増大に影響を及ぼしている。これに対して、例えば、図６に示すように、軸部２ａとフランジ部２ｂとを有する軸部材２を、軸部２ａの外周部を構成する円筒状の金属材２２をインサート部品として樹脂で射出成形し、軸部２ａの外周部が金属材２２で形成され、軸部２ａの芯部２ｃ及びフランジ部２ｂが樹脂材２１で一体に形成されたハイブリッド構造とすることにより、軸部材２の基本形状の成形、精度確保のための加工の工数を減じて、製造コストの低減を図ることが可能である。

しかしながら、金属材２２をインサート部品として成形金型の嵌合穴に嵌合した状態において、金属材２２の外径と嵌合穴の内径との径差により（金属材２２の嵌合挿入を可能にするため、嵌合穴の内径は金属材２２の外径よりも僅かに大きく形成されている。）、金属材２２は嵌合穴内で僅かな動きの自由度をもっている。そのために、溶融樹脂の射出成形圧を受けた時に、金属材２２が嵌合穴内で僅かにずれ動き、金属材２２の軸心が嵌合穴の軸心に対して傾斜した状態になることがある。このような軸心の傾斜ずれはごく僅かなものであるが、成形後の軸部材２において、軸部２ａの外周面（金属材２２の外周面）とフランジ部２ｂとの直角度が所要精度に仕上がらない原因となる可能性がある。軸部２ａの外周面とフランジ部２ｂとの直角度が狂うと、フランジ部２ｂの両端面側に形成されるスラスト隙間の不均一になり、軸部材の回転精度の低下につながる。

本発明の課題は、上記のようなハイブリッド軸を成形するに際して、金属材と金型の嵌合穴との軸心の傾斜ずれを防止し、それによって、成形後のハイブリッド軸の軸部とフランジ部との直角度を精度良く確保することである。

上記課題を解決するため、本発明は、軸部と、軸部の一端に設けられたフランジ部とを有し、軸部の外周部が金属材で形成され、軸部の芯部及びフランジ部が樹脂材で一体に形成された動圧軸受用ハイブリッド軸を成形するための金型であって、金型は軸部の外周部を構成する円筒状の金属材を嵌合するための嵌合穴と、嵌合穴に嵌合された金属材の内周部を含み、軸部の芯部及びフランジ部を成形するためのキャビティと、嵌合穴の周囲に配設され、金属材を半径方向の片側に押圧して嵌合穴内で位置決めするための押圧手段とを有する構成を提供する。

嵌合穴の周囲に配設した押圧手段によって金属材を半径方向の片側に押圧して、金属材の外周面の軸方向全領域又は軸方向一部領域を嵌合穴の片側の内壁面に接触させた状態で位置決め保持することにより、嵌合穴内における金属材の動きが拘束され、金属材と嵌合穴との軸心の傾斜ずれが防止される。したがって、成形後のハイブリッド軸は、軸部の外周面とフランジ部との直角度が所要精度に仕上がる。

前記押圧手段は、嵌合穴の周囲に薄壁を挟んで形成された油圧室と、油圧室内に油圧を付与する油圧装置とで構成することができる。嵌合穴と油圧室との間の薄壁を油圧室内の油圧で嵌合穴側に変位させることにより、上述した態様で金属材を嵌合穴内で位置決めする。油圧室はその横断面形状が嵌合穴の中心を基準として所定角度で開いた扇形となるようにするのが望ましい。これにより金属材が広い角度範囲にわたって均等に押圧され、嵌合穴内での位置決め精度を向上させることができる。

前記押圧手段は油圧をはじめとする各種流体圧を使用したものに限られない。例えば油圧室に代えて１または２以上のプランジャ等のアクチュエータを配設し、金属材を直接機械的に押圧する構成としてもよい。なお、金属材は押圧手段によって嵌合穴の片側に押圧されて位置決め保持されるため、フランジ部の軸心との関係ではごく微量の芯ずれ（半径方向のずれ）が発生する。しかし、フランジ部の外周は動圧作用による軸支持機能とは直接関係しないので、上記の芯ずれがごく微量であれば、動圧軸受装置の機能面でまったく問題はない。軸部とフランジ部との同軸度に比べ、軸部とフランジ部との直角度の方が動圧軸受装置の軸支持機能に大きく影響する。なお、必要であれば前記芯ずれ分だけ成形金型に対する可動型３４の取付け位置を芯ずれ方向に移動させればよい。

また、本発明は上記課題を解決するため、軸部と、軸部の一端に設けられたフランジ部とを有し、軸部の外周部が金属材で形成され、軸部の芯部及びフランジ部が樹脂材で一体に形成された動圧軸受用ハイブリッド軸を成形するための成形方法であって、軸部の外周部を構成する円筒状の金属材を金型の嵌合穴に嵌合する工程と、嵌合穴の周囲に配設した押圧手段によって金属材を半径方向の片側に押圧して嵌合穴内で位置決めする工程と、嵌合穴に嵌合された金属材の内周部を含む金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填して、軸部の芯部及びフランジ部を成形する工程と、押圧手段による押圧手段を解除して、成形後のハイブリッド軸を金型の嵌合穴から取出す工程とを有する構成を提供する。

本発明によれば、押圧手段でインサート部品としての金属材を嵌合穴内で位置決め保持することができるから、溶融樹脂の射出成形圧などで金属材が嵌合穴内でずれ動くのを防止することができる。従って、本発明によれば、成形後のハイブリッド軸の軸部とフランジ部との直角度の精度向上が図れ、例えば金型の設計通りの精度で直角度を出すことが可能となる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図６は、この実施形態に係るハイブリッド軸（軸部材）２を示している。このハイブリッド軸２は、例えば図４及び図５に示すような動圧軸受装置１に組み込まれるものである。ハイブリッド軸２は、軸部２ａと、軸部２ａの一端に設けられたフランジ部２ｂとを有し、軸部２ａの外周部が金属材２２で形成され、軸部２ａの芯部２ｃ及びフランジ部２ｂが樹脂材２１で一体に形成されている。このハイブリッド軸２は、金属材２２によって軸部２ａに求められる強度や剛性を確保できる他、焼結金属等からなる金属製の軸受スリーブ８に対する軸部２ａの耐摩耗性を確保することができる。その一方、多くの部分（軸部２ａの芯部２ｃ及びフランジ部２ｂ）が樹脂材２１で形成されているので軽量である。そのため、全部分が金属材で形成されている軸部材に比べて回転の慣性が小さく、回転始動時や回転停止時に他の軸受構成部材（軸受スリーブ８やスラスト部材９等）と接触する際の衝撃荷重が小さく、接触による傷の発生や損傷を回避することが可能となるなど、多くの利点が得られる。

図１及び図２は、上記のハイブリッド軸２を成形する成形金型３３を示している。成形金型３３は軸方向に延びた円筒状の嵌合穴３１を有する。この嵌合穴３１はハイブリッド軸２の軸部２ａの外周部を構成する円筒状の金属材２２をインサート部品として嵌合するためのもので、その内径は金属材２２の外径よりも僅かに大きくされている。嵌合穴３１の開口は可動型３４で覆われるようになっている。この可動型３４の内側にはハイブリッド軸２のフランジ部２ｂを形成するための所定容積の円形凹所３５が形成され、この凹所３５とこれに連続した金属材２２の内周部とによってキャビティが形成される。金属材２２の内周部は軸部２ａの芯部２ｃを成形するキャビティ空間、凹所３５はフランジ部２ｂを成形するキャビティ空間となる。フランジ部２ｂを成形する凹所３５の中心部には、可動型３４に設けられた溶融樹脂射出用のゲート３２が連通している。なお、凹所３５の軸心と嵌合穴３１の軸心とは一致させてある。

成形金型３３の嵌合穴３１の周囲上方には、図２に示すように横断面形状が嵌合穴３１の中心を基準として所定角度（図示例ではほぼ９０度）で開いた扇形の油圧室３６が嵌合穴３１の長手方向に沿って所定長にわたって形成されている。この油圧室３６は嵌合穴３１の上側内周面と肉厚がごく薄い薄壁３７を隔てて形成されており、油圧室３６内の油圧力の増大により薄壁３７が嵌合穴３１側に微小量弾性変位するようになっている。図示例では油圧室３６は嵌合穴３１の上方に形成しているが、形成位置は図２で見て嵌合穴３１の左右いずれか一方側または下方に形成してもよい。油圧室３６は図示例では１つであるが、必要に応じて、嵌合穴３１の長手方向及び／又は周方向に複数形成してもよい。

成形金型３３は以上のように構成され、この成形金型３３によるハイブリッド軸２の形成は以下の工程によりなされる。

まず、図３（Ａ）に示すように、可動型３４を離型した状態で嵌合穴３１の奥まで金属材２２を挿入嵌合する。この際、金属材２２の挿入を円滑にするため油圧室３６には油圧は付与しないでおく。次に、図３（Ｂ）に示すように、可動型３４を移動させて閉型し、油圧室３６に所定圧の油圧を付与する。尚、油圧室３６には図示されていない油圧ポンプ等により圧油が供給される。油圧室３６に油圧が付与されると、この油圧で薄壁３７が図３（Ｂ）で下方に微少量変位する。そして、金属材２２はこの変位する薄壁３７によって下方に押圧され、その外周面の軸方向一部領域（金属材２２の外周面の形状によっては軸方向全領域）が嵌合穴３１の下側の内壁面に接触した状態で位置決め保持される。これにより、嵌合穴３１内における金属材２２の動きが拘束され、金属材２２と嵌合穴３１との軸心の傾斜ずれが防止される。

その後、図３（Ｃ）に示すように、ゲート３２から成形金型３３のキャビティ内に溶融樹脂を充填する。これにより、キャビティ内に芯部２ｃとフランジ部２ｂとが一体になった樹脂材２１が形成され、この樹脂材２１は金属材２２と一体化してハイブリッド軸２が成形される。ハイブリッド軸２を成形金型３３から取出すには、油圧室３６の油圧を除去して薄壁３７を元の状態に弾性復元させると共に、可動型３４を移動させて離型する。これにより、嵌合穴３１からハイブリッド軸２を取出すことが可能となる。

実施形態に係るハイブリッド軸の成形金型の断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図。 （Ａ）〜（Ｃ）はハイブリッド軸の成形工程を示す図。 動圧軸受装置を組み込んだＨＤＤスピンドルモータの断面図である。 動圧軸受装置の断面図である。 ハイブリッド軸の一部断面図。

符号の説明

１ 動圧軸受装置
２ 軸部材（ハイブリッド軸）
２ａ 軸部
２ｂ フランジ部
２ｃ 芯部
３ ディスクハブ
４ ステータ
５ ロータマグネット
６ ブラケット
７ ハウジング
８ 軸受スリーブ
９ スラスト部材
１０ シール部材
２１ 樹脂材
２２ 金属材
３１ 嵌合穴
３２ ゲート
３３ 成形金型
３４ 可動型
３５ 円形凹所
３６ 油圧室
３７ 薄壁

Claims (4)

1. 軸部と、該軸部の一端に設けられたフランジ部とを有し、前記軸部の外周部が金属材で形成され、前記軸部の芯部及び前記フランジ部が樹脂材で一体に形成された動圧軸受用ハイブリッド軸を成形するための金型であって、前記金型は前記軸部の外周部を構成する円筒状の金属材を嵌合するための嵌合穴と、前記嵌合穴に嵌合された前記金属材の内周部を含み、前記軸部の芯部及び前記フランジ部を成形するためのキャビティと、前記嵌合穴の周囲に配設され、前記金属材を半径方向の片側に押圧して前記嵌合穴内で位置決めするための押圧手段とを有する動圧軸受用ハイブリッド軸の成形金型。
2. 前記押圧手段が、前記嵌合穴の周囲に薄壁を挟んで形成された油圧室と、前記油圧室内に油圧を付与する油圧装置とで構成され、前記嵌合穴と油圧室との間の薄壁を油圧室内の油圧で前記嵌合穴側に変位可能にした請求項１記載の動圧軸受用ハイブリッド軸の成形金型。
3. 前記油圧室の横断面形状が前記嵌合穴の中心を基準として所定角度で開いた扇形である請求項１記載の動圧軸受用ハイブリッド軸の成形金型。
4. 軸部と、該軸部の一端に設けられたフランジ部とを有し、前記軸部の外周部が金属材で形成され、前記軸部の芯部及び前記フランジ部が樹脂材で一体に形成された動圧軸受用ハイブリッド軸を成形するための成形方法であって、前記軸部の外周部を構成する円筒状の金属材を金型の嵌合穴に嵌合する工程と、前記嵌合穴の周囲に配設した押圧手段によって前記金属材を半径方向の片側に押圧して前記嵌合穴内で位置決めする工程と、前記嵌合穴に嵌合された前記金属材の内周部を含む金型のキャビティ内に溶融樹脂を充填して、前記軸部の芯部及び前記フランジ部を成形する工程と、前記押圧手段による押圧手段を解除して、成形後のハイブリッド軸を前記金型の嵌合穴から取出す工程とを有する動圧軸受用ハイブリッド軸の成形方法。
   
   

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