JPH03282009A - 軸受装置とその製法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、動圧型流体軸受装置に係り、特に、磁気記録
再生装置（以下ＶＴＲと称す）等のシリンダ軸受に好適
な動圧発生溝付きの軸受装置とその製法に関する。

〔従来の技術〕

従来の動圧スラスト軸受として使用される軸受装置は、
日本機械学会誌第８９巻、第８１２号（昭６１年）第５
８頁から第６３頁に記載のように、すべり面にスパイラ
ル状の動圧発生溝を設けていた。

一方、動圧発生溝は、特公昭６２−４９３５２号公報に
記載のように、フォトエツチング法によって成形してい
た。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の軸受装置では、スラスト軸受の動圧発生溝はフォ
トエツチング法で成形しており、これは量産が困難であ
り、加工に長時間を要するなどの理由から、製造コスト
が高価になる問題があった本発明の目的は、動圧の発生
溝の量産が容易でかつ加工時間が短く製造コストが下る
軸受装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記の目的を達成するため、本発明の軸受装置は、回転
部材と静止部材とを流体膜を介して対向し、その対向し
たすべり面に、すべり面の中心から放射状に外周にめぐ
る曲線状の形状で、かつ。

中心に向けて次第に狭くなる幅とほぼ均一の深さとをも
つ複数の溝を形成した軸受装置において、それぞれの溝
は、それぞれの溝を反転した外形と所定の高さとからな
る凸部をもつ金型を、いずれか一方のすべり面に押圧し
て塑性加工により形成されてなるように構成されている
。

そして、回転部材と静止部材とを流体膜を介して対向し
、その対向したすべり面に、すヘリ面の中心から放射状
に外周にめぐる曲線状で、かつ、中心に向けて次第に狭
くなる幅とほぼ均一の深さとをもつ複数の溝を形成した
軸受装置は、それぞれの溝を反転した外形と所定の高さ
とからなる凸部をもつ金型を、いずれか一方のすべり面
に押圧して塑性加工によりそれぞれの溝を形成するよう
に構成されている。

また金型の凸部の高さは、中央部を高く、がっ、外周部
を低く形成された構成とし、金型は、縦弾性係数の異な
る材料を選択することにより、中央部と外周部の凸部の
高さの割合が変えられた構成でも良い。

さらに溝を転写した後、平滑な押圧部をもつ金型を溝転
写面に押圧して塑性加工により軸受装置を形成するよう
に構成されている。

また金型の押圧部の高さは、中央部を高く、かつ、外周
部を低く形成し、金型は、縦弾性係数の異なる材料を選
択することにより、中央部と外周部の押圧部の高さの割
合が変えられるものでも良い。

そして、磁気ヘッドをもつ回転部と、回転部を支える固
定部とを備え、回転部に磁気テープを巻き付けて記録再
生するＶＴＲでは、固定部の中心に設けたシャフトの上
端面に対向して配設され、回転部とともに回転し、流体
膜を介して回転部を浮上支持させるスラスト軸受は、請
求項１ｔこ記載の軸受装置と同じ構成とする。

また、多面鏡をもつ回転部と、回転部を支える固定部と
を備え、回転部の多面鏡によりレーザ光を反射させて感
光ドラム上に記録を行うレーザビームプリンタにおいて
、回転部の中心に設けられて回転部とともに回転するシ
ャフトの下端面に対向して配設され、固定部に固定され
て流体膜を介してシャフトを浮上支持するスラスト軸受
は、請求項１に記載の軸受装置と同じ構成とする。

〔作用〕

本発明によれば、軸受装置のすべり面に金型を押圧し、
スラスト軸受のすべり面に設けたスパイラム状動圧発生
溝の幅を、軸の回転方向並びに中心方向に向けて連続的
に狭くすることにより、溝の断面積は回転方向に向けて
減少する。従って。

幅とスラスト軸受の間に配設した油等の潤滑剤は、軸の
回転に伴うポンプ作用が助長され、大きな圧力を発生し
て流体膜を形成し、大きな支持荷重容量が得られる。ま
た、同様にして軸受装置における支持部材の軸方向浮上
量は大きくなる。

一方、動圧発生溝を、凸部の周辺部が低く、中心方向に
対して連続的に高くなる形状の金型を、スラスト軸受の
すべり面に押し付けて転写することにより、金型は弾性
変形により凸部の全域で均一な高さになる。これによっ
て、溝の底は、はぼ、平坦になるが、溝のランド部は中
心部が低く周辺部が高くなるため、不均一な溝の深さに
なる。

さらに、平滑な押圧部の周辺部が低く、中心方向に対し
て連続的に高くなる形状の金型を、溝転写面に押し付け
ることにより、金型は弾性変形により押圧部の全域で均
一な高さになる。これによって、ランド部は所定の均一
な高さに圧縮成形され、溝の深さは中心部、及び、周辺
部共にほぼ均一になる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図から第３図に基づいて説明す
る。

第１図から第３図に示されるように、軸（回転部材）３
とスラスト軸受（静止部材）１とからなる軸受装置３０
の一方のスラスト軸受１のすべり面１ａに、すべり面１
ａの中心から放射状に外周にめぐる曲線状（スパイラル
状）の動圧発生溝２を設けている。動圧発生溝２は、同
一形状の多数の溝を規則正しく配置し、それぞれの溝の
幅すはすべり面１ａに対向する軸の回転方向Ａに向けて
連続的に狭くなっている。また、第１図に示されるよう
に、溝の断面は矩形状であり、溝深さｄは全域にわたり
、はぼ、均一になっている。

本実施例におけるスラスト軸受１の基体（円板）の厚さ
は１．８＋ｍ＋−直径は１５ｍであり、本実施例はこの
ように極薄のスラスト軸受への適用に特に有効である。

それぞれの動圧発生溝２の最大幅Ｃは０．５Ｘ１１であ
り、中心のくぼみ部２ａに開口する溝２の部分の幅ｅは
０．０５〜０．１閣である。

また、くぼみ部２ａの直径は０．５閣である。

方１本実施例の溝２の深さｄは３μｍである。

次に本実施例の作用について説明する。

第３図に示されるように、スパイラル状の動圧発生溝２
を形成したスラスト軸受１のすべり面１ａに、軸３の端
面３ａが対向するように両者を油等の流体膜４を介して
配置する６本実施例では粘性４０センチスト一クス前後
の油を用いる。このような状態で軸３を入方向に回転さ
せることにより、動圧発生溝２に満たされている流体は
、溝２がスパイラル状で、かつ、幅が回転方向に向けて
、次第に小さくなっているため、溝のポンプ作用により
圧力を発生する。このため、第３図に併記されるように
軸の中央部近傍で大きな流体圧が発生する。これにより
、スラスト軸受１は大きな支持荷重が得られ、軸３等の
軸方向浮上量も大きくなる。

動圧発生溝は、第４図に示されるような方法で容易に形
成することができる。同図において、金型５は、スラス
ト軸受に形成する動圧発生溝２を反転した形状と所定の
高さからなる凸部５ａをもっている。従って、この金型
５の凸部５ａをスラスト軸受１のすべり面１ａに押圧し
て、すべり面１ａに動圧発生溝２を転写する。なお、第
５図に示されるように、金型５の凸部５ａの高さｈは、
内周部が高く、外周部が低く加工されてい′る。

このような状態でスラスト軸受の動圧発生溝２を圧印加
工した場合、金型の面圧分布は第６図に示されるように
内周部の凸部５ａの幅が狭く断面積が小さいため、内周
部が外周部より高くなる。

これにともなって、金型の凸部５ａの高さ方向の弾性変
形は、第７図に示されるように、内周部が外周部よりも
大きくなる。そのため、金型の凸部５ａの高さは全域に
わたって、はぼ、均一になり、第８図に示されるように
、溝の底が、はぼ、平坦になる。しかし、同図に示すよ
うに、溝のランド部１ｂの高さｆは、外周部の幅ｇが内
周部よりも広いため、外周部が内周部より高くなり不均
一になる。

次に、第９図に示されるように方法で容易にランド部の
高さを揃え、均一な深さの溝を形成することができる。

同図において、金型７の押圧部７ａは平滑な面をもって
いる。従って、この金型７の押圧部７ａをスラスト軸受
１のす入り面１ａに押圧して、ランド部１ｂの高さｆを
所定の均一な高さに圧縮成形し、溝深さを均一に形成す
る。

なお、同図に示されるように、金型７の押圧部７ａの高
さｉは、内周部が高く、外周部が低く加工されている。

このような状態でスラスト軸受を抑圧加工した場合、金
型７の面圧分布は第１０図に示されるように内周部が外
周部より高くなる。これに伴って、金型７の押圧部７ａ
の高さ方向の弾性変形は、第１１図に示されるように、
内周部が外周部より大きくなる。そのため、金型７の押
圧部は全域にわたってほぼ平坦になり、第１図に示され
るように溝深さがほぼ均一になるスラスト軸受を形成す
ることができる。

前述のように、押圧面が連続的に変化する金型７を用い
た場合、金型の高さ方向の弾性変形により、溝深さが、
はぼ、均一なスラスト軸受を容易に形成することができ
る。

本実施例によれば、動圧発生溝の幅を軸の回転方向に向
けて狭くなるようにしているため、溝のポンプ作用が助
長され、大きな支持荷重容量及び軸方向の浮上量が得ら
れる。また、前述のような動圧発生溝は、溝形状を転写
した外形と所定の高さとからなる凸部をもつ金型をスラ
スト軸受のすべり面、又は、軸のすべり面のいずれか一
方に押圧することにより、容易に形成できるので、フォ
トエツチングに比べて加工時間を大幅に短縮することが
できる。さらに１本実施例のスラスト軸受をＶＴＲのシ
リンダ部や、レーザビームプリンタのポリゴンミラー軸
受部に用いると、大きな支持荷重容量及び軸方向の浮上
量が得られるため、回転負荷トルクを小さくすることが
できる。

以上の実施例では、溝を形成したスラスト軸受を静止部
材としたが対応部材とは相対的な関係で同じ作用をする
から回転部材に適用しても差し支えない。

第１２図は本発明の他の実施例となるＶＴＲ８の斜視図
であり、図では部分的に外箱を透明にしてシリンダ９が
示されている。このシリンダ９を例示したものが第１３
図である。

第１３図の実施例では溝加工を施こしたスラスト軸受を
回転部材に適用している。この図で、すべり面に動圧発
生溝を形成したスラスト軸受１は、そのすべり面が軸３
に対向するように上シリンダ１０に固定されている。こ
のような状態でモータ１１の駆動力で上シリンダ１０を
回転させることにより、スラスト軸受１も回転するから
、これに伴って溝面も回転し、動圧発生溝のポンプ作用
により流体圧を発生し、上シリンダ１０を軸方向に浮上
支持する。

また、第１４図は、本発明の他の実施例であるレーザビ
ームプリンタの斜視図であり、補正レンズ１３．シリン
ドリカルレンズ１４．コリメータレンズ１５．半導体レ
ーザ１６．感光ドラム１７゜レーザスキャナ１８がそれ
ぞれ図示される。このレーザスキャナ１８を例示したも
のが第１５図である。

第１５図の実施例では溝加工を施こしたスラスト軸受を
固定部材に適用している。この図でモータ１１．ラジア
ル軸受１９．ポリコンミラー２０゜ハウジング２１がそ
れぞれ図示されている。すべり面に動圧発生溝を形成し
たスラスト軸受１は、そのすべり面が軸３に対向するよ
うにハウジングに固定されている。このような状態でモ
ータ１１の駆動力でポリゴンミラー２ｏを回転させるこ
とにより、ポリゴンミラー２０に嵌合されている軸３も
回転するから、溝加工したスラスト軸受１との間に相対
的なすべりを生じ、動圧発生溝のポンプ作用により流体
圧を発生し、ポリゴンミラー２ｏを軸方向に浮上支持す
る。

このように、本発明を適用したスラスト軸受は、大きな
浮上量を得ることができるため、回転負荷トルクの小さ
いＶＴＲシリンダユニットや、レーザビームプリンタの
ポリゴンミラーユニットを実現できる。

第１６図に静止部材と回転部材との関係で本発明におけ
る溝の形成をどのようにするかが模式的に示されている
。第１６図はスラスト軸受の場合の回転方向による溝幅
の関係を示したものである。

図に示されるように、回転と静止とは相対的な関係であ
る。また１本発明で回転方向に向けて狭い（広い）とい
う関係は第１６図によって定義される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、軸受装置のすべり面に金型を押圧して
複数の溝（動圧発生溝）を形成したため、軸受支持荷重
が大きく、安定した支持をすることのできる軸受装置を
実現できる。

更に、本発明によれば、動圧発生溝のポンプ作用が助長
され、大きな支持荷重容量、及び、軸方向浮上量が得ら
れるスラスト軸受を提供することができる。このため、
スラスト軸受のすべり面での損失トルクが少なく、摩耗
量も大幅に減少する。

また、スラスト軸受は、塑性加工法で容易に形成できる
ため、加工時間が短縮され、製造コストも安価になり、
量産性が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のスラスト軸受の断面図、第
２図は第１図のスラスト軸受の正面図、第３図は第１図
のスラスト軸受面の圧力分布図、第４図は第１図のスラ
スト軸受の溝の形成法を示す断面図、第５図は金型の断
面図、第６図は金型を抑圧時の面圧を示す断面図、第７
図は金型の弾性変形を示す断面図、第８図は第４図で形
成されたスラスト軸受の断面図、第９図は金型を押圧し
て溝深さを均一にする形成法を示す断面図、第１０図は
金型を押圧時の面圧を示す断面図、第１１図は金型の弾
性変形を示す断面図、第１２図は本発明の他の実施例の
斜視図、第１３図は第１２図のＶＴＲシリンダユニット
の断面図、第１４図は本発明の他の実施例の斜視図、第
１５図は第１０図のポリゴンミラーユニットの断面図、
第１６図は本発明をスラスト軸受に適用した場合の溝の
幅方向を定義する説明図である。 １・・・スラスト軸受、２・・・動圧発生溝、３・・・
軸、４第 １ 図 第２０ 第 竿 図 第 ■ 茅７（！ｌ 茅 第７０口 第 １／ 図 第 １２ 茶 第１４（２） 茅１５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転部材と静止部材とが流体膜を介して対向しその
   対向したすべり面に、前記すべり面の中心から放射状に
   外周にめぐる曲線状で、かつ、中心に向けて次第に狭く
   なる幅とほぼ均一の深さとをもつた複数の溝を形成した
   軸受装置において、 前記溝は、前記溝を反転した外形と所定の高さとからな
   る凸部をもつ金型を、いずれか一方の前記すべり面に押
   圧して転写された後、平滑な押圧部をもつ金型を前記溝
   の転写面に押圧して均一な深さにする塑性加工により形
   成されてなることを特徴とする軸受装置。 ２、回転部材と静止部材とが流体膜を介して対向しその
   対向したすべり面に、前記すべり面の中心から放射状に
   外周にめぐる曲線状で、かつ、中心に向けて次第に狭く
   なる幅とほぼ均一の深さとをもつた複数の溝を形成した
   軸受装置の製法において、 前記溝を反転した外形と所定の高さとからなる凸部をも
   つ金型を、いずれか一方の前記すべり面に押圧して転写
   した後、平滑な押圧部をもつ金型を前記溝の転写面に押
   圧して均一な深さにする塑性加工により溝を形成するこ
   とを特徴とする軸受装置の製法。 ３、請求項２において、前記溝を形成する前記金型の凸
   部の高さ及び溝の深さを均一に形成する前記金型の押圧
   部の高さは、中央部を高く、かつ、外周部を低く形成さ
   れてなる軸受装置の製法。 ４、請求項２または３において、前記金型は、縦弾性係
   数の異なる材料が選択されて中央部と外周部の高さの割
   合が変えられてなる軸受装置の製法。 ５、円形状の端面の中心から放射状に外周にめぐる曲線
   状で、かつ、中心に向けて次第に狭くなる幅とほぼ均一
   の深さとをもつ複数の溝を形成する軸受装置のすべり面
   の塑性加工法において、前記溝を反転した外形と所定の
   高さとからなる凸部をもつ金型を、前記端面に押圧し溝
   加工した後、平滑な押圧部をもつ金型を、前記溝加工面
   に押圧して溝の深さを均一に加工する軸受装置のすべり
   面の塑性加工法。 ６、磁気ヘッドを設けた回転部と、前記回転部を支える
   固定部とを備え、前記回転部に磁気テープを巻き付けて
   記録再生する磁気記録再生装置において、 前記固定部の中心に設けたシャフトの上端面に対向して
   配設され、前記回転部とともに回転し流体膜を介して前
   記回転部を浮上支持させるスラスト軸受は、請求項１に
   記載の軸受装置である磁気記録再生装置。 ７、多面鏡をもつ回転部と、前記回転部を支える固定部
   とを備え、前記回転部の前記多面鏡によりレーザ光を光
   射させて感光ドラム上に記録を行うレーザビームプリン
   タにおいて、 前記回転部の中心に設けられて前記回転部とともに回転
   するシャフトの下端面に対向して配設され、前記固定部
   に固定されて流体膜を介して前記シャフトを浮上支持す
   るスラスト軸受は、請求項１に記載の軸受装置であるレ
   ーザビームプリンタ。