JP4884890B2 - 成形金型 - Google Patents

Description

本発明は成形金型、特に小型の部材成形に好適な成形金型に関するものである。

例えば、流体軸受装置に組み込まれる樹脂製ハウジングの成形金型として、ハウジングの内周面と外周面の間の同軸度を高める目的で、キャビティを形成する内型部と外型部を半径方向に相対移動可能としたものが知られている。この成形金型における内型部と外型部の半径方向の相対移動は、微小な進退動作が可能な送り手段を、断面矩形状をなす外型部の外壁の二面に当接させ、これらを調整することにより行われる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−８８４２７号公報

ところで一般に、部材寸法が小さくなるにつれて、成形すべき部材に求められる各種精度（同軸度、平行度等）のオーダーは小さくなる。例えば、近年、上記の流体軸受装置においては、一層の小型化、高速回転化、高回転精度化等の要請が厳しさを増してきているが、上記のようにマイクロメーターヘッドの進退量と外型部の移動量とが同期した構成では、求められる同軸度を満足できないケースが増加しつつある。

本発明の課題は、内型部と外型部の相対移動量を一層微小なものとすることができ、これにより成形品に求められる各種精度を一層高め得る成形金型を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明では、円筒状の成形品に対応した形状のキャビティを形成する固定型と可動型とを備え、可動型が成形品の軸方向に移動可能な成形金型であって、成形品の半径方向で相対移動可能に設けられ、成形品の内周面および外周面をそれぞれ成形する内型部および外型部と、前記可動型の移動方向と直交する方向に進退移動可能で、かつ内型部または外型部の何れか一方を成形品の第１の半径方向に加圧する第１の加圧部材と、第１の加圧部材の前記進退動作を前記第１の半径方向の運動に変換し、第１の加圧部材を前記第１の半径方向に案内する第１のテーパ面とを具備する成形金型を提供する。

上記のように、本発明に係る成形金型は、内型部または外型部の何れか一方を第１の方向に加圧する第１の加圧部材と、第１の加圧部材を前記第１の方向に案内する第１のテーパ面とを具備することを特徴とするものである。かかる構成によれば、何れか一方の型部の第１の方向への移動量を、第１のテーパ面の傾斜角に応じて低減することが可能となる。すなわち、例えば第１の加圧部材の進退量を１とし、第１のテーパ面の傾斜角をαとした場合、前記一方の型部の第１の方向への進退量はｔａｎαとなるので、傾斜角αを４５°未満に設定すれば、従来構成に比べ、当該型部の進退量をｔａｎα倍に抑制することができる。これにより、従来構成に比べ、成形すべき成形品の一層の高精度化が容易に可能となる。なお、第１のテーパ面は、第１の加圧部材とこれをガイドする部材の一方又は双方に設けることができる。

本発明にかかる成形金型には、さらに、前記一方の型部を第２の方向に加圧する第２の加圧部材と、第２の加圧部材を前記第２の方向に案内する第２のテーパ面とを設けることができる。これにより、成形金型を二方向で微量移動させることが可能となり、成形品の一層の高精度化が可能となる。もちろん、この第２のテーパ面も第１のテーパ面と同様に、第２の加圧部材とこれをガイドする部材の一方又は双方に設けることができる。

前記第１および第２の方向は、成形品の半径方向で互いに直交させることができる。これにより、内型部と外型部の半径方向の位置決めを高精度に行い、成形品の内面と外面との間の同軸度を高めることができる。

第１および第２のテーパ面の傾斜角は、成形品に求められる精度にもよるが、大きすぎると内型部と外型部の相対的な位置調整を高精度に行うのが難しくなり、一方、小さ過ぎると型部の移動量を得るのに必要な第１および第２の加圧部材の進退ストロークが大きくなり、金型が大型化すると共にその構造が複雑化する。そのため、第１および第２のテーパ面の傾斜角は1°以上１０°以下に設定するのが望ましく、２°以上５°以下に設定するのが一層望ましい。上述したテーパ面の傾斜角を大きくした場合および小さくした場合のデメリットをバランス良く解消するためである。

このように、本発明に係る成形金型は、キャビティを形成する内型部と外型部の何れか一方に対し他方を高精度に位置決めできるから、内面と外面との間で高い同軸度が求められる円筒体、例えば流体軸受装置用のハウジングを成形する成形金型として好適に用いることができる。

以上のように、本発明によれば、内型部と外型部の相対移動量を一層微小なものとすることができ、これにより成形品に求められる精度を一層高め得る成形金型を提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１（ａ）は、本発明にかかる成形金型を概念的に示すもので、同図に示す成形金型は円筒体の成形金型を概念的に示すものである。この成形金型は、固定型１と、例えば図示しないガイドピン等でガイドされ、固定型１に対して軸方向（成形品の軸線方向）に移動可能な可動型２とで構成される。

固定型１は、キャビティ６に連通するゲート１ａと、その内周面３ａがキャビティ６の外壁面となり、半径方向に移動可能な外型部３と、外型部３の半径方向位置を調整する調整機構５とを備えている。ゲート１ａとしては、点ゲート（多点ゲートを含む）、リングゲート、フィルムゲート等公知のゲート形状を採用可能であり、成形品のサイズ・形状や射出材料に応じて適宜選択される。

可動型２は、その外周面４ａがキャビティ６の内壁面を構成する内型部（コアピン）４を備えている。本実施形態で、内型部４は固定側の型部となる。

図１（ｂ）に示すように、外型部３および調整機構５は、固定型１に設けられる収容部７に収容される。調整機構５は、外型部３の第１の方向（図中、ｘ軸方向）の位置決めを行うべく、断面矩形状をなす外型部３の外壁面３ｂの１８０°対向する位置に配置された第１の加圧部材５１および支持部材５２と、外型部３の第２の方向（図中、ｙ軸方向）の位置決めを行うべく、上記と同様に、外型部３の外壁面３ｂの１８０°対向する位置に配置された第２の加圧部材５３および支持部材５４とで構成されている。各加圧部材５１、５３および支持部材５２、５４には、例えば調整ねじ等、精密送りが可能な送り手段５５が接続されており、これを進退動作させることにより、各加圧部材および支持部材の位置調整、すなわち外型部３の半径方向の位置決めが行われる。

本実施形態で、第１の加圧部材５１の外面、およびこれが当接する収容部７の内壁面には、外型部３をｘ軸方向に移動させるべく、ｙ軸に対して角度αだけ傾斜し、加圧部材５１をｘ軸方向に案内する第１のテーパ面Ａが設けられている。従って、例えば第１の加圧部材５１をＬだけ図中下方に前進させると、それと同時に第１の加圧部材５１は−ｘ軸方向にＬ×ｔａｎαだけ前進する。つまりこの場合、第１の加圧部材５１によって外型部３に付与される送り量（外型部３の移動量）は−ｘ軸方向にＬ×ｔａｎαとなるので、第１のテーパ面Ａの傾斜角αを４５°未満に設定しておけば、従来のように直接的に外型部３を移動させる場合に比べ、外型部３のｘ軸方向への移動量をＬ×（１−ｔａｎα）分だけ減少させることができる。

同様に、第２の加圧部材５３の外面、およびこれが当接する収容部７の内壁面には、外型部３をｙ軸方向に移動させるべく、ｘ軸に対して角度αだけ傾斜し、第２の加圧部材５３をｙ軸方向に案内する第２のテーパ面Ｂが設けられている。従って、上記同様に、従来構成に比べ、外型部３のｙ軸方向への移動量をＬ×（１−ｔａｎα）分だけ減少させることができる。

以上の構成からなる成形金型において、円筒体の成形は、例えば、以下示す態様で行うことができる。まず、上記構成の成形金型を射出成形機にセッティングした状態で、調整機構５で外型部３の位置調整を行い、外型部３の外壁面３ｂを二対の調整機構５で拘束する。そして、成形金型の温度が安定した状態で成形を行う（試成形）。成形時には、図示しない射出成形機のノズルから射出された溶融樹脂Ｐが、図示しないランナーを通ってゲート１ｂに入り、ゲート１ｂからキャビティ６内に充填される。キャビティ６内に充填された溶融樹脂Ｐを冷却・固化させ、可動型２を移動させて型開きし、成形品を取り出す。

次いで、取り出した成形品の内周面と外周面の同軸度を測定する。そして、この測定結果に基づいて調整機構５の加圧部材５１、５３および支持部材５２、５４に接続された送り手段５５をそれぞれ操作して外型部３の半径方向位置を調整し、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よい。調整作業が完了した後、本成形を行う。なお、支持部材５２、５４については、これを進退方向で弾性的に支持することにより、支持部材５２、５４の位置調整を省略することも可能である。

なお、射出する溶融樹脂Ｐは、非晶性樹脂・結晶性樹脂の何れをベース樹脂として用いても良く、これらは成形品に求められる特性に応じて適宜選択可能である。非晶性樹脂としては、ポリサルフォン（ＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）等が使用可能で、また、結晶性樹脂としては、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）等が使用可能である。これらはあくまでも例示であり、使用可能なベース樹脂を限定するものではない。これらのベース樹脂には、必要に応じて強化材（繊維状、粉末状等の形態は問わない）や潤滑剤、導電材等の各種充填材を一種または二種以上配合することもできる。

上述したように、同軸度の狂いに応じて、調整機構５により外型部３を半径方向に調整移動させて、内型部４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精度なものとすることができる。特に、本実施形態では、外型部３を二軸方向に加圧する第１および第２の加圧部材５１、５３にそれぞれテーパ面を設けている。従って、テーパ面のテーパ角を適切な値に設定しさえすれば、従来のように、加圧部材（送り手段）の進退量と外型部の移動量が同値になる構成に比べ、外型部３の移動量を小さくすることができ、これにより、円筒体の内周面と外周面の間の同軸度を一層高めることが可能となる。

なお、成形すべき円筒体のサイズおよび求められる同軸度等によっても異なるが、テーパ面Ａ、Ｂの傾斜角αが大きすぎると、送り手段５５を進退させた場合の第１および第２の加圧部材５１、５３の移動量が大きくなり、所定精度で同軸度の狂いを修正するのが難しくなる。一方、傾斜角αが小さすぎると外型部３の移動量を得るのに必要な第１および第２の加圧部材５１、５３の進退ストロークが大きくなり、金型が大型化すると共にその構造が複雑化する。以上のことから、テーパ面Ａ、Ｂの傾斜角αは、１°以上１０°以下に設定するのが望ましく、さらに言えば２°以上５°以下に設定するのがより望ましい。テーパ面Ａ、Ｂの傾斜角αを大きくした場合および小さくした場合のデメリットをバランス良く解消するためである。

以上では、第１のテーパ面Ａと第２のテーパ面Ｂとを、加圧部材５１、５３および収容部７の双方に設ける構成について説明を行ったが、第１のテーパ面Ａおよび第２のテーパ面Ｂは、図２（ａ）に示すように、加圧部材５１、５３にのみ設ける他、図２（ｂ）に示すように、収容部７にのみ設けることもできる。また、本実施形態では、第１のテーパ面Ａおよび第２のテーパ面Ｂの傾斜角を共にαとしているが、各テーパ面の傾斜角は相互に異ならせることもできる。

また、以上では、外型部３を半径方向に調整移動させる構成について説明を行ったが、外型部３を固定し、内型部４を半径方向に調整移動させる構成とすることもできる。

以上のようにして成形された円筒体は、内周面と外周面の間における同軸度の狂いが極めて小さなものとなるから、上述した成形金型は、例えば、以下示す構成の流体軸受装置用のハウジングを成形する際に好適に用いることができる。

図３は流体軸受装置１０の一例を示すものである。この流体軸受装置１０は、軸部材１１と、軸部材１１の軸部１１ａを内周に挿入可能な軸受スリーブ１２と、軸受スリーブ１２を収容するハウジング１３と、ハウジング１３の一端側開口を封口する蓋部材１４と、ハウジング１３の他端側に位置するシール部材１５とを備えている。なお、説明の便宜上、蓋部材１４の側を下側、シール部材１５の側を上側として以下説明を行う。

軸部材１１は、例えばステンレス鋼等の金属材料で、軸部１１ａとその一端に一体又は別体に設けられたフランジ部１１ｂとで構成される。あるいは、軸部１１ａを金属、フランジ部１１ｂを樹脂で構成したハイブリッド構造とすることもできる。

軸受スリーブ１２は、焼結金属の多孔質体、特に銅を主成分とする焼結金属の多孔質体で円筒状に形成される。この軸受スリーブ１２は、焼結金属の他、黄銅等の軟質金属で形成することもできる。

軸受スリーブ１２の内周面１２ａには、ラジアル軸受部Ｒ１、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、これら２つの領域には、図示は省略するが、例えば、ヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝がそれぞれ形成される。

また、軸受スリーブ１２の下側端面１２ｂの全部又は一部環状領域には、第１スラスト軸受部Ｔ１のスラスト軸受面となる領域が設けられ、当該領域には、図示は省略するが、例えば、スパイラル形状やヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝が形成されている。

ハウジング１３は、上述した成形金型を用いて成形された樹脂の射出成形品で、略円筒状に形成されている。ハウジング１３の内周面１３ａは平滑な円筒面に形成されている。

ハウジング１３の下端開口部には、樹脂または金属材料で形成された有底略円筒状の蓋部材１４が固定される。この蓋部材１４は、円筒状の側部１４ａと、側部１４ａの下端開口を封口する底部１４ｂとを備え、これらは一体形成されている。底部１４ｂの上側端面１４ｂ１の全部または一部環状領域には、第２スラスト軸受部Ｔ２のスラスト軸受面となる領域が設けられ、該スラスト軸受面となる領域には、図示は省略するが、例えばスパイラル形状やヘリングボーン形状に配列された複数の動圧溝が形成されている。

蓋部材１４は、その外周面１４ａ１がハウジングの内周面１３ａの下端部に圧入、接着等適宜の手段で固定される。このとき、軸部材１１のフランジ部１１ｂは、軸受スリーブ１２の下側端面１２ｂと蓋部材１４の底部１４ｂの上側端面１４ｂ１との間に形成される空間に収容される。蓋部材１４の側部１４ａの上側端面１４ａ２は、軸受スリーブ１２の下側端面１２ｂと当接しており、これによって後述のスラスト軸受隙間が規定幅に管理される。

ハウジング１３の上端開口部には、金属材料や樹脂材料で形成された環状のシール部材１５が圧入、接着、あるいはこれを併用した適宜の手段で固定される。シール部材１５の内周面１５ａは上方に向かうにつれてテーパ状に拡径しており、この内周面１５ａと、これに対向する軸部１１ａの外周面１１ａ１との間には、上方に向かうにつれて半径方向寸法が漸次拡大する環状のシール空間Ｓが形成される。シール部材１５で密封された流体軸受装置１０の内部空間には、潤滑流体として例えば潤滑油が注油され、流体軸受装置１０内が潤滑油で満たされる。この状態で、潤滑油の油面は常にシール空間Ｓの範囲内に維持される。なお、部品点数および組立工数の削減のため、シール部材１５をハウジング１３と一体成形することもできる。

上記構成の流体軸受装置１０において、軸部材１１が回転すると、軸受スリーブ１２の内周面１２ａの上下二箇所に離隔形成されたラジアル軸受面となる領域は、軸部材１１の外周面１１ａ１とラジアル軸受隙間を介して対向する。軸部材１１の回転に伴い、各ラジアル軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、その圧力によって軸部材１１が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１１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とが形成される。

また、軸部材１１が回転すると、軸受スリーブ１２の下側端面１２ｂに形成されたスラスト軸受面となる領域は、軸部材１１のフランジ部１１ｂの上側端面１１ｂ１とスラスト軸受隙間を介して対向する。同時に、蓋部材１４の上側端面１４ｂ１に形成されたスラスト軸受面となる領域が、軸部材１１のフランジ部１１ｂの下側端面１１ｂ２とスラスト軸受隙間を介して対向する。軸部材１１の回転に伴い、両スラスト軸受隙間に潤滑油の動圧が発生し、その圧力によって軸部材１１が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１１を両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Ｔ１と第２スラスト軸受部Ｔ２とが形成される。

以上の構成からなる流体軸受装置１０は、例えば図４に示すスピンドルモータに組み込まれる。この情報機器用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、流体軸受装置１０と、流体軸受装置１０の軸部材１１に取り付けられたディスクハブ１６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コイル１７およびロータマグネット１８と、ベース部材１９とを備えている。ステータコイル１７はベース部材１９の外周に取り付けられ、ロータマグネット１８は、ディスクハブ１６の内周に取り付けられている。ディスクハブ１６は、その外周に磁気ディスク等のディスクＤを一または複数枚保持する。ベース部材１９の内周に流体軸受装置１０のハウジング１３が装着されている。ステータコイル１７に通電すると、ステータコイル１７とロータマグネット１８との間に発生する電磁力でロータマグネット１８が回転し、それに伴ってディスクハブ１６、軸部材１１が一体に回転する。

上記のように、流体軸受装置１０は、ハウジング１３をベース部材１９の内周に、接着、圧入等の手段で固定することによってモータに組み込まれることとなる。この際、ハウジング１３の内周面と外周面の間の同軸度に狂いがあると、ハウジング１３の内周に固定される軸受スリーブ１２の内周面精度を悪化させる恐れがある。この内周面精度の悪化はラジアル軸受隙間の幅精度を悪化させ、これがモータ（流体軸受装置１０）の回転精度を悪化させる一因となる。これに対し、上記の成形金型を用いてハウジング１３を射出成形すれば、内周面と外周面の間における同軸度の狂いが極めて微小なものとなるから、小型化、高速回転化、高回転精度化等の要請に資することができる。

なお、本発明に係る成形金型は、流体軸受装置用のハウジングのみならず、内周面と外周面の間で高い同軸度が求められる他の円筒体を成形する際にも好適に用いることが可能である。

また、図示は省略するが、本発明にかかる成形金型は、以上で説明を行った両端を開口させた円筒体のみならず、一端を閉じた有底筒状の円筒体を成形する際に用いることも可能である。

また、本発明の構成は、上述したような断面真円状の円筒体のみならず、断面非真円形状（例えば、楕円形状）の円筒体、さらには、断面矩形状の中空体を成形する成形金型にも好適に用いることが可能である。

さらに、本発明の構成は、半径方向の位置決めのみならず、軸方向の位置決めを行う成形金型にも好適に用いることができる。

（ａ）図は、本発明に係る樹脂製円筒体の成形金型の縦断面図、（ｂ）図は、成形金型の要部を拡大した横断面図である。 成形金型に設けられるテーパ面の他の構成を示す図である。 本発明に係る成形金型で成形されたハウジングを組み込んだ流体軸受装置の断面図である。 流体軸受装置を組み込んだ情報機器用スピンドルモータの一例を示す概要図である。

符号の説明

１ 固定型
２ 可動型
３ 外型部
４ 内型部
５ 調整機構
６ キャビティ
１０ 流体軸受装置
１１ 軸部材
１２ 軸受スリーブ
１３ ハウジング
５１ 第１の加圧部材
５３ 第２の加圧部材
５５ 送り手段
Ａ 第１のテーパ面
Ｂ 第２のテーパ面
Ｒ１、Ｒ２ ラジアル軸受部
Ｔ１、Ｔ２ スラスト軸受部
Ｓ シール空間
α 傾斜角

Claims (4)

1. 円筒状の成形品に対応した形状のキャビティを形成する固定型と可動型とを備え、可動型が成形品の軸方向に移動可能な成形金型であって、
   成形品の半径方向で相対移動可能に設けられ、成形品の内周面および外周面をそれぞれ成形する内型部および外型部と、
   前記可動型の移動方向と直交する方向に進退移動可能で、かつ内型部または外型部の何れか一方を成形品の第１の半径方向に加圧する第１の加圧部材と、
   第１の加圧部材の前記進退動作を前記第１の半径方向の運動に変換し、第１の加圧部材を前記第１の半径方向に案内する第１のテーパ面とを具備する成形金型。
2. さらに、前記可動型の移動方向と直交する方向に進退移動可能で、かつ前記一方の型部を成形品の第２の半径方向に加圧する第２の加圧部材と、第２の加圧部材の前記進退動作を前記第２の半径方向の運動に変換し、第２の加圧部材を前記第２の半径方向に案内する第２のテーパ面とを具備する請求項１記載の成形金型。
3. 前記第１の半径方向および前記第２の半径方向が互いに直交している請求項２記載の成形金型。
4. 第１および第２のテーパ面の傾斜角が、１°以上１０°以下である請求項２記載の成形金型。

Images