JP4156478B2 - 流体軸受装置用ハウジングの成形金型 - Google Patents

Description

本発明は、ラジアル軸受隙間に生じる潤滑油の油膜によって回転部材を非接触支持する流体軸受装置における樹脂製ハウジングの成形金型に関する。この流体軸受装置は、情報機器、例えばＨＤＤ、ＦＤＤ等の磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ／ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＯＭ／ＲＡＭ等の光ディスク装置、ＭＤ、ＭＯ等の光磁気ディスク装置などのスピンドルモータ、レーザビームプリンタ（ＬＢＰ）のポリゴンスキャナモータ、あるいは電気機器、例えば軸流ファンなどの小型モータ用として好適である。

上記各種モータには、高回転精度の他、高速化、低コスト化、低騒音化などが求められている。これらの要求性能を決定づける構成要素の一つに当該モータのスピンドルを支持する軸受があり、近年では、この種の軸受として、上記要求性能に優れた特性を有する流体軸受の使用が検討され、あるいは実際に使用されている。

この種の流体軸受は、軸受隙間内の潤滑油に動圧を発生させる動圧発生手段を備えた動圧軸受と、動圧発生手段を備えていない、いわゆる真円軸受（軸受面が真円形状である軸受）とに大別される。

例えば、ＨＤＤ等のディスク装置のスピンドルモータに組込まれる流体軸受装置では、軸部材をラジアル方向に回転自在に非接触支持するラジアル軸受部と、軸部材をスラスト方向に回転自在に支持するスラスト軸受部とが設けられ、ラジアル軸受部として、軸受スリーブの内周面又は軸部材の外周面に動圧発生用の溝（動圧溝）を設けた動圧軸受が用いられる。スラスト軸受部としては、例えば、軸部材のフランジ部の両端面、又は、これに対向する面（軸受スリーブの端面や、ハウジングに固定されるスラスト部材の端面、又はハウジングの底部の内底面等）に動圧溝を設けた動圧軸受が用いられる（例えば、特許文献１、２参照）。あるいは、スラスト軸受部として、軸部材の一端面をスラストプレートによって接触支持する構造の軸受（いわゆるピボット軸受）が用いられる場合もある（例えば、特許文献３参照）。

通常、軸受スリーブはハウジングの内周面の所定位置に固定され、また、ハウジングの内部空間に充填した潤滑油が外部に漏れるのを防止するために、ハウジングの開口部にシール部材を配設する場合が多い（特許文献１）。あるいは、ハウジングの開口部にシール部を一体に形成する場合もある（特許文献２）。

また、この種の流体軸受装置を上記各種モータの回転支持部に用いる場合、通常、ハウジングの外周面をブラケット（保持部材）の内周面に接着又は圧入等によって固定する。
特開２００２―６１６３７号公報 特開平２００２−６１６４１号公報 特開平１１−１９１９４３号公報

この種の流体軸受装置は、ハウジング、軸受スリーブ、軸部材、スラスト部材、及びシール部材といった部品で構成され、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、この種の流体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、ハウジングを樹脂材料で射出成形することが考えられる。この場合、成形金型は、可動金型及び固定金型のうち一方に設けられた軸状内型部（コアピン）と他方に設けられた凹状部との間に、溶融樹脂を充填するキャビティが形成されたものを使用するが、成形金型の取付け時の誤差や、可動金型と固定金型との温度差等により、軸状内型部の軸心と凹状部の軸心とにずれが生じ、成形後のハウジングにおいて、内周面と外周面との同軸度が所要精度に仕上がらない場合がある。このようなハウジングの同軸度の狂いは、流体軸受装置を組み込んだモータの回転精度を低下させる原因となる。すなわち、ハウジングの外周面はモータのブラケットの内周面に固定され、ハウジングの内周面には軸受スリーブが固定されることから、上記の同軸度の狂いは軸部材（スピンドル）の回転ぶれ生じさせる原因となる。

本発明の課題は、この種の流体軸受装置における樹脂製ハウジングの内周面と外周面との同軸度を高めることである。

上記課題を解決するため、本発明は、樹脂製の流体軸受装置用ハウジングを成形するための成形金型であって、樹脂製の流体軸受装置用ハウジングを成形するための成形金型であって、流体軸受装置用ハウジングは、その外周面に、保持部材に固定される固定領域を有し、成形金型は、溶融樹脂を充填するキャビティと、キャビティの外壁面を構成する固定型、可動型、及び調整外型部と、キャビティの内壁面を構成する軸状内型部とを備え、調整外型部は、軸状内型部の外周面とキャビティを隔てて対向する内周面を有し、該内周面は、キャビティの外壁面の一部を構成すると共に、流体軸受装置用ハウジングの固定領域の軸方向長さに対応した軸方向長さを有し、調整外型部は、軸状内型部に対して半径方向に調整移動可能であり、調整外型部の軸状内型部に対する半径方向位置を調整可能な調整機構を備えている構成を提供する。

成形金型の取付け時の誤差や、可動金型と固定金型との温度差等により、軸状内型部の軸心と調整外型部の軸心とにずれが生じた場合、このずれの程度に応じて、調整機構により調整外型部を半径方向に調整移動させて、軸状内型部に対する半径方向位置を調整することにより、両者の軸心の同軸度を高い精度で確保することができる。したがって、成形後のハウジングは、内周面と外周面との同軸度が良好なものとなる。

ハウジングは、外周面の軸方向全領域を保持部材の内周面に固定する場合もあるし、軸方向の一部領域を保持部材の内周面に固定する場合もある。ハウジングの内周面と外周面との同軸度の精度は、少なくとも、保持部材に固定される外周面の固定領域で確保できれば良い。したがって、調整外型部の内周面は、外周面の固定領域の軸方向長さに対応した軸方向長さを有するものとする。

ハウジングを形成する樹脂は熱可塑性樹脂であれば特に限定されないが、非晶性樹脂の場合は、例えば、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（ＰＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を用いることができる。また、結晶性樹脂の場合は、例えば、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）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、カーボン繊維、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノマテリアル、金属粉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。

例えば、ＨＤＤ等のディスク駆動装置のスピンドルモータに組み込まれる流体軸受装置では、磁気ディスク等のディスクと空気との摩擦によって発生した静電気を接地側に逃がすために、ハウジングに導電性が要求される場合がある。このような場合、ハウジングを形成する樹脂に上記の導電性充填材を配合することにより、ハウジングに導電性を与えることができる。

上記の導電性充填材としては、導電性の高さ、樹脂マトリックス中での分散性の良さ、耐アブレッシブ摩耗性の良さ、低アウトガス性等の点から、カーボンナノマテリアルが好ましい。カーボンナノマテリアルとしては、カーボンナノファイバーが好ましい。このカーボンナノファイバーには、直径が４０〜５０ｎｍ以下の「カーボンナノチューブ」と呼ばれるものも含まれる。

本発明によれば、樹脂製ハウジングの内周面と外周面の固定領域との同軸度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、この実施形態に係る流体軸受装置（流体動圧軸受装置）１を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一構成例を概念的に示している。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流体軸受装置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は保持部材としてのブラケット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。流体軸受装置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。

図２は、流体軸受装置１を示している。この流体軸受装置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およびスラスト部材１０と、軸部材２とを構成部品して構成される。

軸受スリーブ８の内周面８ａと軸部材２の軸部２ａの外周面２ａ１との間に第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが軸方向に離隔して設けられる。また、軸受スリーブ８の下側端面８ｃと軸部材２のフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１との間に第１スラスト軸受部Ｔ１が設けられ、スラスト部材１０の端面１０ａとフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２との間に第２スラスト軸受部Ｔ２が設けられる。尚、説明の便宜上、スラスト部材１０の側を下側、スラスト部材１０と反対の側を上側として説明を進める。

ハウジング７は、例えば、結晶性樹脂としての液晶ポリマー（ＬＣＰ）に、導電性充填材としてのカーボンナノチューブ又は導電カーボンを２〜３０ｖｏｌ％配合した樹脂材料を射出成形して形成され、円筒状の側部７ｂと、側部７ｂの上端部から内径側に一体に連続して延びた環状のシール部７ａとを備えている。シール部７ａの内周面７ａ１は、軸部２ａの外周面２ａ１、例えば、外周面２ａ１に形成されたテーパ面２ａ２との間に所定のシール空間Ｓを形成する。また、ハウジング７の外周面７ｄには、所定の軸方向長さ（Ｌ）を有する固定領域Ｌが設けられている。固定領域Ｌは軸方向にストレート（均一径）である。例えば、固定領域Ｌを挟んで外周面７ｄの上側部分と下側部分は、固定領域Ｌよりも小径に形成されている。固定領域Ｌと下側部分との径差はごく僅かなものである。

軸部材２は、例えば、ステンレス鋼等の金属材料で形成され、軸部２ａと、軸部２ａの下端に一体又は別体に設けられたフランジ部２ｂとを備えている。

軸受スリーブ８は、例えば、焼結金属からなる多孔質体、特に銅を主成分とする燒結金属の多孔質体で円筒状に形成され、ハウジング７の内周面７ｃの所定位置に固定される。

この焼結金属で形成された軸受スリーブ８の内周面８ａには、第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２のラジアル軸受面となる上下２つの領域が軸方向に離隔して設けられ、該２つの領域には、例えばヘリングボーン形状の動圧溝がそれぞれ形成される。

第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる、軸受スリーブ８の下側端面８ｃには、例えばスパイラル形状やヘリングボーン形状の動圧溝が形成される。

スラスト部材１０は、例えば、樹脂材料又は黄銅等の金属材料で形成され、ハウジング７の内周面７ｃの下端部に固定される。この実施形態において、スラスト部材１０は、その端面１０ａの外周縁部から上方に延びた環状の当接部１０ｂを一体に備えている。当接部１０ｂの上側端面は軸受スリーブ８の下側端面８ｃと当接し、当接部１０ｂの内周面はフランジ部２ｂの外周面と隙間を介して対向する。第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面となる、スラスト部材１０の端面１０ａには、例えばヘリングボーン形状やスパイラル形状の動圧溝が形成される。スラスト部材１０の当接部１０ｂとフランジ部２ｂの軸方向寸法を管理することにより、第１スラスト軸受部Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受隙間を精度良く設定することができる。

シール部７ａで密封されたハウジング７の内部空間には、軸受スリーブ８の内部気孔を含めて、潤滑油が充填される。潤滑油の油面は、シール空間Ｓの範囲内に維持される。

軸部材２の回転時、軸受スリーブ８の内周面８ａのラジアル軸受面となる領域（上下２箇所の領域）は、それぞれ、軸部２ａの外周面２ａ１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の下側端面８ｃのスラスト軸受面となる領域はフランジ部２ｂの上側端面２ｂ１とスラスト軸受隙間を介して対向し、スラスト部材１０の端面１０ａのスラスト軸受面となる領域はフランジ部２ｂの下側端面２ｂ２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に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２の軸部２ａが上記ラジアル軸受隙間内に形成される潤滑油の油膜によってラジアル方向に回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材２をラジアル方向に回転自在に非接触支持する第１ラジアル軸受部Ｒ１と第２ラジアル軸受部Ｒ２とが構成される。同時に、上記スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、軸部材２のフランジ部２ｂが上記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両スラスト方向に回転自在に非接触支持される。これにより、軸部材２をスラスト方向に回転自在に非接触支持する第１スラスト軸受部Ｔ２と第２スラスト軸受部Ｔ２とが構成される。

図３は、上記のような流体軸受装置１におけるハウジング７の成形金型を概念的に示している。成形金型は、固定型２１と、固定型２１に対して軸方向（成形品の軸線方向）に移動可能な可動型２２とで構成される。

固定型２１は、キャビティ２３の一部外壁面を構成する凹状部２１ａと、凹状部２１ａに連通するゲート２１ｂと、半径方向（成形品の半径方向）に調整移動可能な調整外型部２１ｃと、調整外型部２１ｃの半径方向位置を調整する調整機構２１ｄとを備えている。調整外型部２１ｃは、キャビティ２３の一部外壁面を構成する内周面２１ｃ１を備えている。この実施形態において、調整外型部２１ｃの外周は矩形状をなしており、外周の１８０度対向する位置に、それぞれ、調整機構２１ｄの送り機構部２１ｄ１と弾性支持部２１ｄ２が当接している。送り機構部２１ｄ１は、例えば、マイクロメータヘッド等の精密送りが可能なものである。弾性支持部２１ｄ２は、スプリング等の弾性手段によって半径方向に弾性変位可能である。送り機構部２１ｄ１と弾性支持部２１ｄ２とは直交方向に２対配設されており、送り機構部２１ｄ１の進退送り動作によって、調整外型部２１ｃの半径方向位置を２軸調整可能になっている。

可動型２２は、キャビティ２３の内壁面を構成する軸状内型部（コアピン）２２ａと、キャビティ２３の一部外壁面を構成する凹状部２２ｂとを備えている。

凹状部２１ａと軸状内型部２２ａとの間に形成される空間部は、主に、ハウジング７のシール部７ａを成形するキャビティ空間となり、調整外型部２１ｃの内周面２１ｃ１と軸状内型部２２ａとの間に形成される空間部は、ハウジング７の側部７ｂのうち、固定領域Ｌに対応する部分を成形するキャビティ空間となり、凹状部２２ｂと軸状内型部２２ａとの間に形成される空間部は、ハウジング７の側部７ｂのうち、固定領域Ｌよりも下側部分を成形するキャビティ空間となる。調整外型部２１ｃの内周面２１ｃ１の軸方向長さは、固定領域Ｌの軸方向長さと等しくなっている。

図示されていない射出成形機のノズルから射出された溶融樹脂Ｐは、固定金型２１の図示されていないランナーを通ってゲート２１ｂに入り、ゲート２１ｂからキャビティ２３内に充填される。そして、キャビティ２３内に充填された溶融樹脂Ｐが冷却されて固化した後、可動型２２を移動させて成形金型を型開きし、成形品を成形金型から取り出す。

調整機構２１ｄによる調整外型部２１ｃの位置調整は、例えば、次のような態様で行う。まず、成形金型を射出成形機にセッティングし、成形金型の温度が安定した状態で実際にハウジング７の成形を行う。次に、成形後のハウジング７を成形金型から取り出し、内周面７ｃと外周面７ｄ（固定領域Ｌ）との同軸度を測定する。そして、この同軸度の測定結果に基づいて、調整機構２１ｄの送り機構部２１ｄ１を操作し、調整外型部２１ｃの半径方向位置を調整して同軸度の狂いを修正する。この調整作業は、必要に応じて複数回行っても良い。調整作業が完了した後、ハウジング７の本格的な成形を行う。このように、同軸度の狂いの程度に応じて、調整機構２１ｄにより調整外型部２１ｃを半径方向に調整移動させて、軸状内型部２２ａに対する半径方向位置を調整することにより、両者の軸心の同軸度を高い精度で確保することができる。したがって、成形後のハウジング７は、内周面７ｃと外周面７ｄとの同軸度が良好なものとなる。

尚、本発明は、スラスト軸受部として、いわゆるピボット軸受を採用した流体軸受装置や、ラジアル軸受部として、いわゆる真円軸受を採用した流体軸受装置にも同様に適用することができる。

実施形態に流体軸受装置を使用した情報機器用スピンドルモータの断面図である。 実施形態に係る流体軸受装置の実施形態を示す断面図である。 実施形態の成形金型を概念的に示す断面図である。

符号の説明

７ ハウジング
７ｃ 内周面
７ｄ 外周面
Ｌ 固定領域
２１ 可動型
２１ｃ 調整外型
２１ｃ１ 内周面
２１ｄ 調整機構
２２ 固定型
２２ａ 軸状内型部
２３ キャビティ

Claims (1)

1. 樹脂製の流体軸受装置用ハウジングを成形するための成形金型であって、
   前記流体軸受装置用ハウジングは、その外周面に、保持部材に固定される固定領域を有し、
   前記成形金型は、溶融樹脂を充填するキャビティと、前記キャビティの外壁面を構成する固定型、可動型、及び調整外型部と、前記キャビティの内壁面を構成する軸状内型部とを備え、
   前記調整外型部は、前記軸状内型部の外周面と前記キャビティを隔てて対向する内周面を有し、該内周面は、前記キャビティの外壁面の一部を構成すると共に、前記流体軸受装置用ハウジングの前記固定領域の軸方向長さに対応した軸方向長さを有し、
   前記調整外型部は、前記軸状内型部に対して半径方向に調整移動可能であり、該調整外型部の前記軸状内型部に対する半径方向位置を調整可能な調整機構を備えている流体軸受装置用ハウジングの成形金型。

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