JPH0381098A - 複合部材の製造方法 - Google Patents

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】 ［ａ業上の利用分野］ 本発明は原料組成の異なる２以上の部材を一体化した複
合部材の製造方法に関し、詳細には上記２以上の部材同
士が強固に一体化された複合部材を均−且つ効率的に大
量生産できる複合部材の製造方法に関するものである。

以下の説明ではハードディスクドライブ用スピンドルモ
ータのロータを対象とする製造例について説明するが、
本発明の適用対象は本例に限定して解釈されるものでは
ない。

［従来の技術］ 例えばハードディスクドライブ用スピンドルモータにお
けるロータは円環状の鉄製部材と鉢形のアルミニウム部
材を一体化した複合部材として構成され、上記鉄製部材
が磁気回路機能を発揮すると共に、上記アルミニウム部
材は耐食性及び精密切削加工性を発揮する。

第５図は上記ロータの最も一般的な製造方法を示す断面
説明図であり、鋳型１ａ、ｌｂのキャビティ３内に、別
途準備しておいた鉄製パイプ材２を配置し、湯道１ｃを
通してアルミニウム溶湯をキャビティ３内に導入し、パ
イプ材２を鋳くるんだ後、機械切削加工によって精密仕
上げする。

上記以外の製造方法としては鉄製部材及びアルミニウム
製部材を夫々別体として成形しておき、両部材を焼きば
め、冷しばめ或はセレーション加工やローレット加工等
の機械的なかしめ嵌合によって一体化する方法がある。

また上記部材としては鋳造品や機械加工品だけでなく、
粉末焼結晶を用いることもある。

［発明が解決しようとする課題］ ところで上記の鋳ぐるみ法によって製造されたロータに
おける鉄製部材は、アルミニウム溶湯の凝固収縮によっ
て生じる緊迫力によって保持されているに過ぎず、また
機械的なかしめ嵌合においても車に熱膨張力や熱収縮力
によって固定されているだけである。従って後工程の機
械加工に際して大きな外力を受けたり、或はロータとし
て使用中に摩擦熱や雰囲気温度の変化によって大きな温
度差のヒートサイクルを繰返し受ける場合には、外力又
は両部材の熱膨張率差に起因して部材間にがたつきを生
じ易いという問題がある。

さらにアルミニウム製の鋳造品においては、鋳造工程で
巣の発生、或は不純物や介在物の巻き込みを生じること
があり、回転誤差が０．２５μｍ以下という高精度なロ
ータを製造することは精度面において無理があった。

また複合部材を粉末焼結晶として一体成形することも考
えられており、例えば異種の金属粉末材料をＨＩＰ処理
する場合には、複数種の粉末材料を必要箇所に必要量配
分しなければならないが、この配分精度は満足し得るま
でに至っておらず、均質な製品を大量生産することは技
術面及びコスト面で不可能と考えられていた。

そこで本発明者らは異種組成の材料によって構成される
部材同士が強固に一体化された複合部材を、均一な品質
で、しかも大量生産できる製造方法を提供する目的で研
究を重ね、本発明を完成した。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成し得た本発明においては、各部材は金属
粉及び／又はセラ稟ツクス粉と樹脂粉末よりなる粉末混
合原料から構成することとし、少なくとも１つの部材は
、前記混合原料を成形型によって予め所定形状に成形し
たものを用い、この成形済み部材と他部材の未成形粉末
混合原料を他の成形型内で樹脂同士を結合して一体化成
形することを要旨とするものである。

［作用及び実施例］ 第３図は以下詳述する本発明方法によって製造されるス
ピンドルモータ用ロータＲの実施例を示す一部破断斜視
図であり、ロータＲは鉢形のアルミニウム粉含有成形部
材５（以下単にＡＩ成形部材５という）とリング状の鉄
粉含有成形部材４（以下単にＦｅ成形部材４という）に
よって構成され、該Ａ１成形部材５はロータＲの基台部
分を構成し、Ｆｅ成形部材４は磁性体部分を構成する。

上記ロータＲを製造するに当たっては、まず鉄粉と樹脂
粉末を混合してＦｅ粉末混合材料を調製し、環状の型空
間を有する成形型によって第１図に示すリング状のＦｅ
ｇ形部材４を加圧成形する。

第１図はロータＲの成形型の一例を示す斜視説明図であ
り、第２図は第１図に示す成形型６ａ。

６ｂの型締め状態を示す断面説明図である。

上記の様に加圧成形されたＦｅ成形部材４を雄型６ｂの
突出部６１に配置すると共に、雄型６ａ、６ｂによって
形成される空間の内部にアルミニウム粉末及び樹脂粉末
を混合したＡ１粉末混合原料を充填する。そして第２図
に示す様に雄型６ｂ及び雌型６ａを型締めして、Ａ１粉
末混合原料を加圧しＡ１成形部材を成形すると共に、前
記Ｆｅ成形部材４と該Ａ１成形部材を一体化してロータ
Ｒを形成する。

上記樹脂粉末としてはエポキシ樹脂、フェノール樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいはポ
リエチレン、ポリプロピレン。

６−ナイロン、６ローナイロン、ポリ塩化ビニル、ポリ
エステル等の熱可塑性樹脂を用いる。

従ってこれらの樹脂粉末を使用するときには以下の様な
加熱処理を行なうことが好ましい。

例えばＦｅ成形部材４及びＡＩ成形部材５を成形するに
当たってエポキシ樹脂粉末を併用するときは、上記成形
型６ａ、６ｂを１５０℃以上の高温に加熱することによ
り、硬化反応前のエボキシ樹脂を一旦溶融して液状とし
、画成形部材４，５間で融着させた後、硬化する。これ
によって画成形部材４．５は強固じ接合される様になる
。なお成形型６ａ、６ｂを直接加熱するのに替えて、該
成形型６ａ、６ｂによってロータＲの成形及び−法化を
行なった後、この成形品を別の加熱硬化処理炉に移し換
えて該ロータＲの硬化処理を行なう方法であっても良い
。

上記の方法によって製造されたロータＲは切削加工にお
いて外力が作用したり、或は製品ロータＲを最高１７０
℃程度に至る程の温度変化が繰返される環境下で使用し
ても、両底形部材４．５の界面が剥離するといった不都
合は一切なくなった。

また該ロータＲにおける樹脂材料の熱膨張率は金属材料
に比較して一般に数倍〜１０数倍の値を示すので、異種
素材である鉄やアルミニウムの熱膨張率差は結合剤或は
マトリックスとして共存している樹脂材料の熱膨張量又
は熱収縮量から見て微小なものとなり、従って温度変化
による成形部材４，５同士の剥離は可及的に防止できる
様になった。

上記成形部材を構成する金属粉は上記例に示した鉄粉又
はアル主ニウム粉に限定されず、ＳｍＣ。

系、　ＮｄＦｅ系、フェライト系の硬質磁性粉、更には
フェライト系ステンレス鋼或はパーマロイに代表される
軟質磁性粉を用いても良く、さらにＡｌ２Ｏ３系や５ｉ
０２系のセラミックス等の無機質粉末を使用しても良い
。

さらに上記各々の成形部材に使用する樹脂粉末は共通し
て同一のものを使用するのが好ましいが、異種の樹脂材
料であっても互いに融合性のあるものであれば本発明の
目的は十分に達成される。

次に上記金属粉末等に混合する樹脂粉末の混合率は特に
限定される訳ではないが、体積割合にして３〜３０％の
範囲内とすることが推奨される。

すなわち上記混合率が３体積％未満であると、樹脂材料
による結合力が弱く成形部材自体の強度が低くなり、機
械加工時の耐力や実用部品とじての耐久性が乏しくなる
。さらに複合部材とするときの成形部材同士の接合強度
が低く成形部材の界面域で剥離し易いものとなる。一方
上記混合率が３０体積％を超えると、加熱硬化処理時に
樹脂材料が溶融されたとき、成形部材の保形性を損ねる
ことになるので、成形部材及び複合部材の寸法精度が劣
化し、均−形状及び均一寸法の製品が製造できなくなる
。なお樹脂材料として熱可塑性樹脂材料を使用する際に
は形状凍結性が悪くなるので成形時の温度管理をより厳
格に行なうことが必要となる。

（実験例１） 偏平状の鉄粉に１０体積％のエポキシ樹脂系粉末を混合
し、第３図に示す様に外径Ｄ１が３０■、内径Ｄ２が２
０　ｍｍ、厚さＴ、が４ｍｍのリング状のＦｅ成形部材
４を製造し、次いで成形型６ａ、６ｂ内に前記Ｆｅ成形
部材４を収納すると共に、混合率２０体積％でエポキシ
樹脂系粉末を混合したアルミニウム粉末を充填して加圧
成形した。そして１００℃および１５０℃で２段加熱し
て両部材の融合−法化およびエポキシ樹脂の硬化処理を
行ない、第３図に示すロータＲを得た。

さらにこのロータＲの中央部にｄ＝２２ｍｍφの孔を加
工し、ハードディスクドライブ用スピンドルモータのロ
ータとして−４０””’１２５℃のヒートサイクル条件
下で使用した。

その結果、この実験例で使用されたロータＲは切削加工
に際して構成部材の剥離事故を生じることがなく、且つ
高精度な加工が行なえると共に、長期の使用におけるヒ
ートサイクルの繰返しによってもＦｅ成形部材４とＡＩ
成形部材５が剥離することもなかった。

（実験例２） 混合率１０体積％でエポキシ樹脂系粉末を混合した平均
粒径５０μｍの５Ｉ１１２ＣＯ１７粉末を、成形型によ
って第４図の符号７に示す様に円筒形状に成形した（外
径り、：２０ｍｍ、内径り、　　：　１５ｍｍ。

厚さＴ、：１０ｍｍ）。この成形部材７を成形型内に収
納すると共に、該成形型内に混合率１５体積％でエポキ
シ樹脂系粉末を混合した偏平状の鉄粉９を充填し、第４
図に示す形状の複合部材を一体的に加圧成形した。この
複合部材を１７０ｔで硬化ｍ埋し、その後着磁機を用い
て半径方向に多極ｓ磁し、さらに中央部にシャフトを圧
入してステッピングモータ用のロータとして使用した。

この結果、シャフトの圧入加工時や使用時において、鉄
粉含有成形部材９とＳｍ２Ｇｏ、７粉末含有成形部材７
の界面＆：剥離等の不具合を生じることなく長期にわた
って使用することができた。

なお実験例２において成形型の半径方向に磁場配向機を
取付け、Ｓｍ、ＣｏＩ、粉末を配向させた状態で加圧成
形する方法を併用してロータを製造したが、このロータ
においても成形部材間で剥離等の問題を生じることは全
くなかった。

以上の例においてはスピンドルモータやステッピングモ
ータのロータを複合部材として製造する方法について説
明したが、製造する対象物品はその他の電子部品、電気
部品又は機械部品等であっても良い。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されているので、成形部材相互
が強固に一体化された複合部材を効率的に大量生産でき
る様になった。また複合部材は均一な形状及び寸法で製
造できる様になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の手順例を示す一部破断説明図、第
２図は第１図の型締め状態を示す断面図、第３．４図は
実験例によって製造された複合部材の形状を示す一部破
断説明図、第５図は従来方法によるロータの製造例を示
す説明図である。 ｌａ、ｌｂ・・・鋳型　　　　２・・・鉄製パイプ材３
・・・キャビティ　　　４・・・Ｆｅ成形部材５・・・
Ａ１成形部材　　６ａ、６ｂ・・・成形型７・・・５１
０２（：０１？粉含有戊形部材８・・・穿孔　　　　　
　９・・・鉄粉成形部材６１・・・突出部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 原料組成の異なる２以上の部材を接合して１つの複合部
   材を製造する方法において、 前記各部材は金属粉及び／又はセラミックス粉と樹脂粉
   末よりなる粉末混合原料から構成され、少なくとも１つ
   の部材は前記混合原料を成形型によって予め所定形状に
   成形したものを用い、この成形済み部材と他部材の未成
   形粉末混合原料を他の成形型内で樹脂同士を結合して一
   体化成形することを特徴とする複合部材の製造方法。