JPH02286916A

JPH02286916A - 動圧形軸受及びスピンドルユニット

Info

Publication number: JPH02286916A
Application number: JP1106866A
Authority: JP
Inventors: Toshimi Takagi; 敏己高城; Hiromitsu Asai; 拡光浅井; Kiyoshi Haginuma; 萩沼　清
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1990-11-27
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: US5009520A; JP2615998B2; KR900016630A; KR920010880B1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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
成形晴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−２
４３５２１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６３−２０３９１
６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６
００〜２０００°Ｃで熱処理されたものが良く、６００
°Ｃ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、成形時の収縮率が太き（
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
との間で海鳥構造となるので、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（Ｓｔｏｗ）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５〜３０ｕｍ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５０〜８
０重量％とじたのは、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ＦＭ擦時特性優れていると、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ｌ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ｌ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Ｉ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ｌ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ｌ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。二方、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。

よグて、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ｌＯ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Ｇ二、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１
０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である。

成形収縮率は、トランスファ成形機を用い、直径３０ｍ
ｍ、厚み７〜１０閤の金型の空間内へ、圧力２５０〜３
００　ｋｇ／ｃｄ、温度１５０〜１８０”Ｃ。

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φ２
２ｍｍ、深さ３０ｏｉ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３μｍ以内で、円筒度５μｍ以内のものを合格（０
）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（０）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°Ｃ，５００°Ｃ及び３００°Ｃ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、ｌａ、ｌｌａ・・・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、ｌＯ・・・ス
ピンドルユニット、１５・・・シャフト。

Claims

【特許請求の範囲】

（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５
０〜８０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。
（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。