JP2615998B2

JP2615998B2 - 動圧形軸受及びスピンドルユニット

Info

Publication number: JP2615998B2
Application number: JP1106866A
Authority: JP
Inventors: 敏己高城; 拡光浅井; 清萩沼
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1997-06-04
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: US5009520A; JPH02286916A; KR900016630A; KR920010880B1

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、事務用機器，音響機器，測定機器等のよ
うな精密機器の軸受に用いられる動圧形軸受及びこれを
利用したスピンドルユニットに関し、特に、動圧形軸受
の成形精度及び耐久性の向上を図ったものである。

〔従来の技術〕

従来の動圧形軸受としては、例えば、本出願人が先に
提案した、特開昭63-203916号公報，特開昭63-243521号
公報若しくは特開昭63-251626号公報等に開示されたも
のが知られている。

これら従来の動圧形軸受の内、特開昭63-203916号公
報に開示されているものは、金属製の外筒と、この外筒
の内径面に固着保持される熱硬化性樹脂製の内筒とを備
えていて、内筒の内径面に動圧発生用溝を形成したもの
であり、内筒体は、その成形時に外筒体に固着保持され
る。従って、成形時に内筒体の体積が収縮すると、外径
寸法が不変であるため、その内径が拡大するようにな
る。その結果、内筒体内径面を成形する型枠の離型が容
易に行えるから、内径面に成形される動圧発生用溝の損
傷が防止される等の効果が得られる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、熱硬化性樹脂は、耐摩耗性や摩擦特性
に劣るため、これをそのまま内筒体に利用した動圧形軸
受には高い耐久性は期待できないし、また、その成形時
の収縮率も大きいため、高い成形精度が得られない。

そこで、従来は、内筒体を成形する熱硬化性樹脂に、
フッ素樹脂（例えば、PTFE）等の固体潤滑剤を配合し、
摩耗性能が向上するようにしていたが、そのような固体
潤滑剤を配合すると、樹脂組成物の成形収縮率が助長さ
れて、成形精度が更に悪くなるという欠点があるため、
効果的な解決策とはいえなかった。

特に、エアー動圧形軸受にあっては、内径精度は重要
であるから、成形収縮率が大であることは致命的である
し、エアー動圧形軸受には潤滑剤を用いないため、耐摩
耗性能や摩擦特性に劣る動圧形軸受は使用できない。

また、内筒体内径面の摩擦特性が劣っていると、相手
部材であるシャフトに与える摩擦力が大きいため、軽量
且つ安価ではあるが、軟らかくて損傷し易いアルミニウ
ム等の軽金属から成形したシャフトの使用には適さない
という欠点がある。

そこで、この発明は、このような従来の技術では未解
決であった課題に着目してなされたものであり、耐摩耗
性及び摩擦特性に優れ、且つ高い成形精度も得られる動
圧形軸受、及びこの動圧形軸受を利用した軽量且つ安価
なスピンドルユニット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〕

上記目的を達成するために、請求項（１）記載の発明
は、金属製の外筒体と、この外筒体の内径面に固着し且
つ内径面にシャフトが嵌合する合成樹脂製の内筒体とを
備え、前記シャフト外周面及び前記内筒体内径面の内の
少なくとも一方に動圧発生用溝を形成してなる動圧形軸
受において、前記内筒体を、加熱処理されたフェノール
樹脂粉末が５〜75重量％、シリカが５〜75重量％、但
し、前記フェノール樹脂粉末及びシリカの合計が50〜80
重量％の範囲で充填されている熱硬化性樹脂から成形し
た。

また、請求項（２）記載の発明のスピンドルユニット
は、上記請求項（１）記載の発明の動圧形軸受の内筒体
に、アルミニウムを主成分とするシャフトを嵌合してな
る。

〔作用〕

請求項（１）記載の発明における熱硬化性樹脂として
は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリル
フタレート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等があるが、
本発明では、熱硬化性樹脂の種類については限定しな
い。

一方、熱処理されたフェノール樹脂粉末は、球状であ
り、耐摩耗性に優れている。

即ち、フェノール樹脂粉末は、不活性ガス中で、温度
600〜2000℃で熱処理されたものが良く、600℃未満で熱
処理されたフェノール樹脂粉末は、表面のカーボナイズ
化が充分でなく、成形時の収縮率が大きくて好ましくな
い。

そして、フェノール樹脂粉末は、内筒体を構成する樹
脂組成中に分散し、内筒体内径面に表出して熱硬化性樹
脂との間で海島構造となるので、摩耗の進行を抑制す
る。しかも、球状であると共に、その表面が無定形炭素
状となっているので、摩擦特性に優れているから、接触
する相手部材、即ちシャフトを損傷し難い。

なお、フェノール樹脂粉末は、平均粒径で５〜40μｍ
程度が最適である。100μｍを越える粒子があると、内
筒体内径面での平滑さが劣るので好ましくない。また、
フェノール樹脂粉末が５重量％未満であると、内筒体内
径面に表出する量が少な過ぎるので、耐摩耗性の向上は
あまり期待できない。

シリカ（SiO₂）は、線膨張係数が小さいので、樹脂組
成物の成形収縮率を抑制すると共に、無定形状のため配
向性が小さいので、配向による精度低下を防止する。

シリカの形状は、特に限定はしないが、中でも球状シ
リカが好ましく、大きさも、平均粒径５〜30μｍが最も
適している。

また、フェノール樹脂粉末とシリカとの合計を50〜80
重量％としたのは、50重量％未満であると、熱硬化性樹
脂自体の成形収縮率により内筒体の成形精度が許容範囲
を越えてしまう可能性が高いからであり、80重量％を越
えると、成形時の樹脂流動性が劣るため、金型のゲート
付近と末端部分とでの成形圧力差が大きくなって、満足
な精度が得られないからである。なお、本発明者の実験
によれば、フェノール樹脂粉末とシリカとの合計は、65
〜75重量％の範囲が特に好ましかった。

そして、内筒体内径面の摩擦特性が優れていると、請
求項（２）記載の発明のスピンドルユニットのように、
比較的軟らかいアルミニウムを主成分としたシャフトを
用いても、シャフトが容易に損傷してしまうようなこと
はない。

〔実施例〕

第１図（ａ）乃至（ｃ）は、本発明に係る動圧形軸受
の製造工程の一例を示した断面図であり、以下、この第
１図（ａ）乃至（ｃ）を参照しつつ、動圧形軸受の製造
工程について簡単に説明する。

先ず、金属製の外筒体１の内径面1aに、加熱硬化型接
着剤を塗布する。

次いで、この外筒体１を、上型枠2a,中型枠2b及び下
型枠2cからなる型枠２内に配置すると共に、外筒体１の
内側に、動圧発生用溝に対応する突状3aが外周面に形成
された金型コアピン３を、内径面1aと同軸に挿入する。

この時、金型コアピン３の外径は、外筒体１の内径よ
りも若干小さいので、外筒体１の内径面1a及び金型コア
ピン３外周面間には、空間４が形成される。

そして、上型枠2aに設けられたゲート2dから、空間４
内に、加熱・溶融し且つ充填剤を含む熱硬化性樹脂を注
入する。

すると、内径面1aに塗布された加熱硬化型接着剤によ
って、外筒体１の内径面1aに熱硬化性樹脂が固着される
と共に、金型コアピン３に設けられた突状3aによって、
熱硬化性樹脂の内径面に動圧発生用溝5aが形成される。
即ち、熱硬化性樹脂が硬化すると、外筒体１の内径面1a
に内筒体５が成形される。

また、金型コアピン３の端面の中心部分には、凹陥3b
が設けてあり、これにより、内筒体５の内端面に後述す
る突起が形成される。

そして、熱硬化性樹脂が完全に硬化して内筒体５が成
形されたら、上型枠2aを取り外し、次いで、外筒体１及
び内筒体５からなる動圧形軸受６を、エジェクタピン７
で軸方向に押圧して、中型枠2b及び金型コアピン３から
離型する。

熱硬化性樹脂からなる内筒体５は、その成形時に体積
が収縮するが、内筒体５は外筒体１の内径面1aに固着保
持されているので、内筒体５の内径が拡大する方向に収
縮するから、動圧形軸受６の離型の際の抵抗はさほど大
きくない。

しかし、突状3aと動圧発生用溝5aとの干渉は避けられ
ないので、動圧形軸受６の離型時には、動圧発生用溝5a
の表面に傷が発生し易い。

このような傷は、周知の如く、熱硬化性樹脂にワック
スを充填しておくことにより防止することができる。即
ち、熱硬化性樹脂にワックスを充填しておくと、内筒体
５の成形硬化時に、そのワックスが内筒体５の内径面5b
と金型コアピン３の外周面との間に溶出して極薄い膜を
形成し、この膜が金型コアピン３と内筒体５との間を潤
滑するから、金型コアピン３の離型効果が得られると共
に、離型時に発生する突状3a及び内筒体５の衝撃が緩和
される。

従って、上記ワックスは、内筒体５の成形時に融解又
は軟化している、つまり、ワックスの融点又は軟化点
は、少なくとも熱硬化性樹脂の硬化過程の温度より低い
ことが必要であり、また、添加量も、樹脂組成物中のワ
ックスの量が0.1重量％以下では、表面への溶出量が不
十分であるから、効果は少ない。一方、添加量が５重量
％を越えると、外筒体１の内径面1aに塗布した接着剤の
効果が低下して、外筒体１及び内筒体５間の固着が不十
分となり、内筒体５の成形精度が悪化する。よって、ワ
ックスは、0.1〜５重量％の範囲で添加することが望ま
しく、その中でも、１重量％程度（1.0〜1.1重量％）が
最適である。

第２図は、動圧形軸受６を用いたエアー動圧形のスピ
ンドルユニット10の正断面図であり、このスピンドルユ
ニット10は、レーザ・ビーム・プリンタ用スキャナユニ
ットに使用される。

動圧軸受６の外筒体11は、下端部にフランジ12が一体
に設けられていて、その内径面11aには、上述した製造
工程により、内筒体５が固着保持されている。そして、
動圧形軸受６は、フランジ12,支承部材13を介して固定
部材14に固定されている。

また、内筒体５の内径面5bには、シャフト15が嵌合
し、シャフト15の下端面は、内筒体５内端面に設けられ
た突起5cに当接している。従って、内筒体５の内端面と
シャフト15の下端面とは、低摩擦状態で接触している。

外筒体11の開口部外周には、動圧形軸受６と同軸にス
テータコイル16が固定され、且つ、シャフト15には、ス
テータコイル16に対向する位置に円環状のロータマグネ
ット17がヨーク17aを介して取り付けられていて、これ
により、駆動用モータが構成されている。

よって、上記スピンドルユニット10は、ステータコイ
ル16に通電することにより、ロータマグネット17に回転
力が発生してシャフト15が回転すると、内筒体５の内径
面5bに設けられた動圧発生用溝（図中、省略）により動
圧が発生してシャフト15が支持されるから、シャフト15
は非接触状態で回転するようになる。

ここで、本発明者が行った実験について説明する。

即ち、内筒体５を構成する熱硬化性樹脂としてフェノ
ール変性エポキシ樹脂を使用すると共に、これに充填す
る充填剤を適宜選定し、それぞれの充填剤における成形
収縮率及び成形精度を確認し、さらに、それら性能を満
たす樹脂については、第２図に示すスピンドルユニット
10において起動・停止による耐久性を調べた。

但し、外筒体11及びシャフト15はアルミニウム製であ
り、外筒体11の内径面11aには、成形前にエポキシ系加
熱硬化型接着剤を塗布してある。

成形収縮率は、トランスファ成形機を用い、直径30m
m,厚み７〜10mmの金型の空間内へ、圧力250〜300kg/c
m²，温度150〜180℃，硬化時間５〜７分で成形した試験
片の直径寸法を測定し、下記の（１）式の基づいて算出
した。

但し、Ａは常温時の金型の内径寸法、Ｂは成形品の常
温での外径寸法であり、成形収縮率が0.7％以下のもの
を合格とした。

また、成形精度は、第１図（ａ）乃至（ｃ）を用いて
説明したのと同様の方法で、熱硬化性樹脂の内径寸法φ
22mm,深さ30mmの有底内筒体５を成形し、その精度を測
定して確認した。但し、内径精度については、真円度３
μｍ以内で、円筒度５μｍ以内のものを合格（○）とし
た。

そして、成形収縮率及び内径精度の良いものについて
は、第２図のスピンドルユニット10に用いて起動・停止
耐久試験を行った。なお、起動・停止耐久試験は、スラ
スト荷重150〜200gf,定常回転数18000〜18500rpmで実施
し、起動・停止を5000回以上行った後に、内筒体５内径
面5b及びシャフト15外周面の両方に殆ど傷がないものを
合格（○）とした。

また、シリカとしては、球状シリカと溶融シリカの二
種類のものを用い、フェノール樹脂粉末としては、その
熱処理温度を800℃,500℃及び300℃の三種類のものを用
いた。そして、ワックスは１重量％充填した。

第１表に、実験に用いた充填剤の組成及び実験結果を
示す。

実験結果から明らかなように、本発明に含まれる実施
例（１）乃至（５）は、成形収縮率，内径精度及び起動
・停止試験を充分満足する。

一方、比較例（１）乃至（６）にあっては、シリカを
含まないものであると、成形収縮率及び内径精度が満足
されず、フェノール樹脂粉末を含まないものであると、
摩擦特性及び摩耗性が悪いため、起動・停止試験は不合
格であった。また、シリカ及びフェノール樹脂粉末の合
計が80重量％を越えた場合（比較例（６））は、熱硬化
性樹脂の流動性が劣るため、内径精度が不合格であっ
た。

このように、本発明を適用した動圧形軸受は、耐摩耗
性及び摩擦特性に優れると共に、高い成形精度を得るこ
とができる。

そして、内筒体５の耐摩耗性，摩擦特性が優れている
と、これに嵌合して回転するシャフト15が損傷し難くな
るから、軽量且つ安価なアルミニウム製のシャフト15を
用いることができ、その結果、軽量で低コストのスピン
ドルユニットを提供することができる。

なお、上記実施例では、内筒体５の内径面5bに動圧発
生用溝5aを設けた場合について説明したが、これに限定
されるものでなく、シャフト15外周面に動圧発生用溝を
設けても動圧は得られるし、内径面5b及びシャフト15外
周面の両方に動圧発生用溝を設けても構わない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、請求項（１）記載の発明によれ
ば、動圧形軸受の内筒体を、加熱処理されたフェノール
樹脂粉末が５〜75重量％、シリカが５〜75重量％、但
し、前記フェノール樹脂粉末及びシリカの合計が50〜80
重量％の範囲で充填されている熱硬化性樹脂から成形し
たため、耐摩耗性及び摩擦特性に優れると共に、高い成
形精度が得られるという効果がある。

そして、請求項（２）記載の発明にあっては、比較的
損傷し易いアルミニウムを主成分としたシャフトを用い
ても、シャフトが容易に損傷するようなことはないの
で、軽量で低コストのスピンドルユニットとすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｃ）は本発明に係る動圧形軸受の製
造工程を示した断面図、第２図はスピンドルユニットの
正断面図である。 1,11……外筒体、1a,11a……外筒体内径面、５……内筒
体、5a……動圧発生用溝、5b……内筒体内径面、６……
動圧形軸受、10……スピンドルユニット、15……シャフ
ト。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の外筒体と、この外筒体の内径面に
固着し且つ内径面にシャフトが嵌合する合成樹脂製の内
筒体とを備え、前記シャフト外周面及び前記内筒体内径
面の内の少なくとも一方に動圧発生用溝を形成してなる
動圧形軸受において、前記内筒体を、加熱処理されたフ
ェノール樹脂粉末が５〜75重量％、シリカが５〜75重量
％、但し、前記フェノール樹脂粉末及びシリカの合計が
50〜80重量％の範囲で充填されている熱硬化性樹脂から
成形したことを特徴とする動圧形軸受。
【請求項２】請求項（１）記載の動圧形軸受の内筒体
に、アルミニウムを主成分とするシャフトを嵌合したこ
とを特徴とするスピンドルユニット。