JPH0351510A - 動圧軸受装置 - 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、情報機器．音響機器，映像機器等に用いられ
る動圧軸受装置に関し、特に軸方向高さが低く、且つ立
ち上がり時間が早く、量産性にも優れた動圧軸受装置に
係る。

〔従来の技術〕

従来の動圧軸受装置としては、例えば第３図に示すよう
なものがある。このものはスキャナユニットに用いたも
ので、ハウジングＬａのフランジ１に軸部材２の一方の
端部が固定され、その軸部材２に、動圧気体軸受を介し
てスリーブ３が回転可能に嵌合されている。すなわち、
スリーブ３は内径面に設けた円筒状のラジアル軸受面４
と天井面に設けたスラスト軸受面５とを有し、このスリ
ーブ３に嵌合する軸部材２は、ラジアル軸受面４に対向
するラジアル受面６とスラスト軸受面５に対向するスラ
スト受面７とを有している。ラジアル受面６には、軸方
向の両端部にヘリングボーン状溝８が設けられると共に
、中間部に一方向のスバイラル溝９が設けられている。

そのへリングポーン状溝８でラジアル負荷能力を、又ス
パイラル溝９でスラスト負荷能力を、それぞれ分担して
いる。

スリーブ３は、回転状態でヘリングポーン状溝８のボン
ピング作用によりラジアル軸受すきまに発生する気体圧
で半径方向に支持される。又、スリーブ３の一方の端部
には、流通穴１０を有するスラスト受１１が取り付けて
ある。そして、スリーブ３の回転に伴うスパイラル溝９
のポンピング作用によりラジアル軸受すきまに発生する
上方への気体の流れが、前記流通穴１０の近傍で絞られ
る。これによりスラスト受１１の下面のスラスト軸受面
５と、これに対向する軸部材２の端面のスラスト受面７
との間に形威された気体圧力で、スリーブ３は、軸方向
に浮上して支持される，スリーブ３の上部外周面には多
面鏡１２が嵌合されている。ハウジング１ａの側壁には
、多面鏡１２と水平方向に対向する位置に透明材質の窓
１３が設けてある。

またスリーブ３の下部外周面には、ロータマグネット１
４が嵌合固定されている。このロータマグネット１４と
半径方向に対向させて、ステータコイル１５がハウジン
グ１ａの側壁に取り付けられている。それらロータマグ
ネット１４とステータコイル１５とにより周面対同形の
駆動モータを構威している。

このスキャナユニットは、駆動モータの作動によりスリ
ーブ３が軸部材２に支持されて回転すると、多面鏡１２
に入射したレーザ光が反射して窓１３を通り、外部に置
かれた感光トラム等の図示しない目標物に照射されるよ
うになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のスキャナユニットにおける動圧軸
受装置にあっては、軸部材２のラジアル受面６にヘリン
グポーン状溝８とスパイラル溝９とが形威された構戒で
あり、次のような種々の問題点があった。

■　スラスト負荷能力を確保するためにはスパイラル溝
９を備えたラジアル受面６の面積を大きくすることが必
要であり、必然的に軸長を長くし、また軸径を太くしな
ければならない。結局、軸径を細くし又軸長を短くして
、装置全体を高さの低い小形軽量のものにすることは困
難であった。

■　軸部材２の材質はステンレス鋼、スリーブ３の材質
は、線膨張係数を同じにして軸受すきま変化を小さくす
るため及び摺動性の見地から、構造用鋼に゛メッキを施
したものを用いている。

そのため、回転するスリーブ３の重量が重くて慣性が大
きいと共に軌道トルクが大で装置の回転始動の立ち上が
りに時間がかかる。

■　スリーブ３は構造用鋼にメッキを施したものである
から硬くて、加工の容易なボール転造方式により内径面
に動圧発生用溝を塑性加工することができない。かとい
って、先ず内径面に動圧発生用溝を転造した後にメッキ
すると、メッキ厚さのばらつきが大きいので必要寸法精
度を確保ができない。そのため、相手部材のステンレス
鋼製の軸部材２の外径面にエッチングで溝加工しなけれ
ばならず、加工コストが高くなる。

そこで本発明は、上記従来の問題点に着目してなされた
ものであり、その目的とするところは、全体に小型軽量
で、立ち上がり時間の短縮と動圧発生用溝加工性の向上
を実現できる動圧軸受装置を提供して、上記従来の問題
点を解決することにある。

〔課題を解決するための手段〕

スリーブは内径面に設けた円筒状のラジアル軸受面と一
方の端面に設けたスラスト軸受面とを有し、前記スリー
ブに嵌合する軸部材はラジアル軸受面に対向するラジア
ル受面とスラスト軸受面に対向するスラスト受面とを有
し、前記ラジアル軸受面とラジアル受面との少なくとも
一方にヘリングポーン状の溝を設け、前記スラスト軸受
面とスラスト受面との少なくとも一方に動圧発生用の溝
を設け、前記スラスト軸受面とスラスト受面との間のス
ラスト軸受すきまは内側が外側より狭い。

スリーブは炭素繊維を含むアル≧合金で形威している。

〔作用〕

スラスト軸受面をスリーブの一方の端面に設け、ラジア
ル軸受面とラジアル受面との少なくとも一方には、ヘリ
ングボーン状のラジアル軸受用の動圧発生用の溝を設け
るものとしたから、軸受装置の高さを低く、軸径も細く
でき、小型化できる。

又スラスト軸受面とスラス１・受面との間のスラスト軸
受すきまは内側が外側より狭いから、停止時のスラスト
軸受面とスラスト受面との接触面積が小さくなり、起動
トルクが小さく始動の立ち上がりが早い。且つ起動停止
動作による摩耗粉のかみこみを防止して軸受面の摩耗も
最小であり、耐久性が良い。

又、スリーブは炭素繊維を含むアルミ合金で形戒すると
、スリーブの切削加工及び内径面への動圧発生用の溝加
工が容易であり、且つ回転部分が軽量になるから低トル
クであると共に始動時の立ち上がりも一層早くなる。

〔実施例） 以下、本発明の実施例を図とともに説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示すものである。

軸部材２２は、フランジ２１と一方の端部がフランジ２
１に固定して立設された軸２０とから構威されている。

その軸部材２２に、スリーブ２３が微小なラジアル軸受
すきまｒを介して回転可能に嵌合されている。スリーブ
２３は、内径面に設けた円筒状のラジアル軸受面２４を
有すると共に、一方の端面（下端面）に設けたスラスト
軸受面２５を有している。このスリーブ２３に嵌合する
軸部材２２は、ラジアル軸受面２４に対向するラジアル
受面２６を有している。又、軸２０が固着されたフラン
ジ２１の上面に、前記スラスト軸受面２５に対向するス
ラスト受面２７が設けられている。

このスラスト軸受面２５とスラスト受面２７との間には
、スラスト軸受すきまＳが設けられている。且つ、スリ
ーブ２３の下端側内周縁、すなわちスラスト軸受面２５
の内周縁には、微小高さの突部２８が形威されている。

この突部２８により、スラスト軸受すきまＳはその内側
が外側より狭くなっている。

前記スリーブ２３のラジアル軸受面２４には、軸方向の
両端部に動圧発生用のへリングボーン状の溝３０が形威
されている。このヘリングボーン状の溝３０のパターン
はくの字状とされているが、その他八の字状のパターン
でもよい。この実施例のくの字状パターンは、スリーブ
２３の上下に形成されると共に、中間部の直線溝３１で
軸方向に連結された形状になっている。これはへリング
ボーン状の溝３０を後述する転造方式で形威したためで
あり、必ずしも上下を連結させる必要はない。

又、この実施例では、ラジアル軸受用の動圧発生用の溝
であるヘリングボーン状の溝３０をスリーブ２３に設け
たが、これに限らず、軸部材２２のラジアル受面２６に
形威してもよく、更にはラジアル軸受面２４とラジアル
受面２６との双方に設けてもよい。

一方、前記スラスト軸受面２５とスラスト受面２７との
少なくとも一方に、図示されないヘリングボーン状また
はスパイラル状のスラスト軸受用の動圧発生用の溝が塑
性加工，エッチング加工等により設けられている。この
ように構威したため、従来は軸部材２２の中間部に設け
ていたスパイラル状のスラスト軸受用の動圧発生用の溝
が省略できて、その分、軸部材２２の軸長が短縮されて
いる。更に、従来はスラスト負荷容量を大きくするため
に、軸方向寸法のみならず軸径をも大きくしたが、この
実施例では軸方向寸法と共に、軸部材２２の軸径も小さ
くされている。

上記軸２０及びフランジ２１の材質は、特に指定されな
いが、例えばステンレス鋼が硬く且つ耐食性が良く、好
ましい。また、アルミニウム合金を用いれば、鋼より軟
らかいので加工容易という利点がある。

上記スリーブ２３の材質は、摺動性と耐摩耗性との向上
と軽量化とを意図して、炭素繊維を含むアルミニウム合
金とされ、例えばシリコンが９〜１６ｗｔ％、銅が１〜
４ｗｔ％、マグネシウムが１〜３ｗｔ％、鉄が１〜５ｗ
ｔ％、炭素繊維が１〜１　０ｗｔ％、そして残部がアル
ミニウムの配合にした。

なお、炭素繊維がｌｗｔ％より少ないと摺動性が低くな
る。炭素繊維が１０ｗｔ％より多いと、スリーブ２３の
内径面に転造方式で動圧発生用の溝を戒形する場合には
、転造面に凹凸が生し易い。

炭素繊維はアル逅ニウムより硬く、炭素繊維とアル逅ニ
ウムとでは塑性変形量が異なるからである。

しかし、炭素繊維は、摺動性をあまり重視しない場合は
ｌｗｔ％より少なくしてもよく、また転造方式によらず
に動圧発生用の溝を或形する場合などは１　０ｗｔ％よ
り多くしてもよい。

ここで、ラジアル軸受面２４におけるラジアル軸受用の
動圧発生用の溝３０の加工については、本出願人が先に
提示した動圧発生用溝の加工装置（特開昭６３−２３０
２１８号公報）によるものが好適に利用できる。

これは動圧軸受装置のスリーブ内径面に動圧発生用の溝
を塑性加工するものであり、加工装置の円筒状シャフト
の一方の軸端には軸と直角方向に貫通穴が設けてある。

この貫通穴の内周面は円筒面であり、その軸線はシャフ
トの軸心を通って長さ方向中心線と直交する方向になっ
ている。

上記の貫通穴には、例えば３個のほぼ同一直径のボール
が一列に転勤可能に挿入されており、こ１ １ れらのポールは被加エスリーブより硬質で、且つ被加工
物に接する複数のボールを内包する外接円の直径が、被
加エスリーブの内径よりも大きくなるように構成されて
いる。

このように構威したシャフトに所定の回転速度と送り速
度とを与えて、定置された被加エスリーブの内径面に挿
入する。いま被加工スリーブがスリーブ２３の場合は、
例えばシャフトを左回転でスリーブ２３の下端側に挿入
し、一定距離送った後、逆回転にして更に同一距離送る
。これにより、シャフトのボールに押圧されて、スリー
ブ２３の内径面に″＜の字状゛のヘリングボーン溝が形
威される。引き続きシャフトを、今度は回転を停止した
まま前方に送る。スリーブ２３の他端側近くに到達した
ら、再びシャフトを左回転させつつ送り、一定距離送っ
た後、逆回転にして更に同一距離送る。これによりスリ
ーブ２３の他端側の内径面に“′くの字状゛のへリング
ポーン溝が形威される。

かくして、スリーブ２３の内面であるラジアル１ ？ 軸受面２４に、第１図に示すような軸方向に連なるパタ
ーンを有する動圧発生用の溝３０が形威できる。以上の
永一ル転造によれば、加工が容易であり、量産性に優れ
ている。

第１図中、３５はボリゴンくラーで、スリーブ２３の外
面にバランスリング３６と共に固定されている。またロ
ータ３７がスリーブ２３の外面段部に固着されるととも
に、これに周対向させたステータ３８が基板３９を介し
てフランジ２１上に固定されている。

次に作用を説明する。

ラジアル軸受面２４とラジアル受面２６とでなるラジア
ル軸受部にはへリングボーン状の溝３０を設けてラジア
ル負荷のみを支持せしめ、スラスト負荷については、ス
ラスト軸受面２５とスラスト受面２７とでなるスラスト
軸受部にスラスト負荷能力を有する動圧発生用の溝を形
威して支持せしめる構或とした。そのため、従来スラス
ト負荷能力を得るべく軸部材のラジアル受面に設けてい
たスバイラル状の動圧発生用の溝が省略された。

その結果、スラスト負荷能力を増大させながら軸方向寸
法及び軸径を短縮できる。

また、軸部材２２の軸径とスリーブ２３の内径を小さく
すると共に、スリーブ２３の材質にアルξニウム合金を
用いることで、軽量化が達威される。炭素繊維入りのア
ルミニウム合金を用いれば、特に摺動性の優れたものを
得られる。

また、スリーブ２３の材質をアル呉ニウム合金にするこ
とにより、スリーブの内周面であるラジアル軸受面２４
にヘリングポーン状の溝３０を加工する作業が容易に自
動化でき、量産可能である。

又、動作については、装置が停止している状態ではスリ
ーブ２３が下がり、スラスト軸受面２５の内周縁にある
微小高さの突部２８がフランジ２１のスラスト受面２７
に当接している。この状態から、ステータ３８のコイル
に通電すると、ロータ３７に回転力が発生する。これに
より、スリーブ２３が回転し始める。この起動に際して
、スラスト軸受面２５とスラスト受面２７との当たりは
スラスト軸受すきまを狭くした内側のみのため、接触面
積が少ないので起動トルクは極めて小さく、回転の立ち
上がりが早い。更に起動時や停止時に摩耗粉を噛み込む
ことも少なく、耐久性も向上する。また、軸２０とフラ
ンジ２１との組立時の直角度が多少悪くても、スラスト
軸受面２５とスラスト受面２７との片当たりが生じにく
い。

こうして、スリーブ２３が回転し始めると、ラジアル軸
受面２４に形威されヘリングボーン状の溝３０のポンビ
ング作用でラジアル軸受すきまｒ内の空気の圧力が高く
なり、スリーブ２３は軸部材２２に対して非接触を保っ
て半径方向に支持される。

同時に、スリーブ２３の下面において、スラスト軸受面
２５又はスラスト受面２７に形威された動圧発生用の溝
のボンピング作用で、スラスト軸受すきまＳ内の空気の
圧力が高くなり、スリーブ２３はフランジ２１に対して
非接触を保って軸方向に浮上支持される。

第２図に第２実施例を示す。

この実施例は、フランジ２１と軸２０とを一体１ ５ で形威して軸部材２２を構威している。これにより、両
者の直角度が確保でき、且つ部品点数を減らすことがで
きる。

また、スリーブ２３のスラスト軸受面２５Ａは、内側か
ら外側に向かってテーバ状に凸形円すい面に形威されて
いる。これによりスラスト軸受すきまＳは内側が外側よ
り狭くなっており、起動トルクの低減、起動停止時の摩
耗粉のかみこみを防止して耐久性の向上が実現される。

４１は輸送時のスリーブ２３の抜けの防止のために、軸
部材２２の外径面に取付けた止め輪ストッパである。ヘ
リングポーン状の溝３０は軸部材２２の外径面であるラ
ジアル受面２６に形成されている場合である。

その他の作用効果は上記第１実施例の場合と同様である
。

なお、上記各実施例において、駆動モータとしてのロー
タ３７及びステータ３８には周対向形を用いた。これは
、モータの吸引力によるアキシアル荷重を小さくするこ
とができるので、スラスト軸受の負荷容量の点から、平
面対向形に比べて有利なためである。

又、上記各実施例では、スリーブ２３にポリゴンミラー
を搭載したものを示したが、スリーブ２３に磁気ディス
クや光ディスクを搭載してもよく、またスリーブ２３に
ビデオテープレコーダやディジタルオーディオテープレ
コーダ等の磁気ヘッドシリンダの上シリンダを搭載して
もよい。なお、磁気ヘッドシリンダの場合は、スリーブ
２３に上シリンダを搭載するかわりに、スリーブ２３と
上シリンダとを一体構造にしてもよい。

さらに、スラスト軸受面２５．２５Ａを平面状にして、
スラスト受面２７の内周部の微小高さの突部を設けても
よく、又はスラスト受面２７を凸形円すい面にしてもよ
い。

しかし、アルミニウム合金は切削加工が容易なので、ア
ルξ合金からなるスリーブのスラスト軸受面２５に微小
高さの突部２８を設ける方が加工が容易であり、またス
ラスト軸受面２５Ａを凸形円すい面にする方が加工が容
易である。

また、ラジアル軸受面２４とラジアル受面２６との少な
くとも一方に設けるヘリングボーン状の溝３０は、軸方
向の二箇所ではなくて三箇所以上にあってもよく、また
一箇所のみにあってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、スリーブの内径
面側にはへリングボーン状の溝からなるラジアル軸受部
を設け、一方動圧発生用の溝を設けたスラスト軸受部は
、スリーブの端面側に設けると共に、そのスラスト軸受
すきまは内側が外側より狭いものとした。そのため、軸
受装置の高さを低く、軸径も細くでき、小型化・軽量化
できるという効果が得られる。

又、停止時のスラスト軸受面とスラスト受面との接触面
積が小さくなり、その結果起動トルクが小さくなるとい
う効果が得られる。且つ起動停止動作による摩耗粉のか
みこみを防止して耐久性が良いという効果も得られる。

更に又、スリーブを炭素繊維を含むアルご合金で形威す
ると、スリーブの切削加工及び内径面ヘの動圧発生用の
溝加工が容易であり、回転部分が軽量になるから低トル
クであると共に始動時の立ち上がりも一層早くなり、ま
た軸受面は摺動性に優れているので起動停止による摩耗
が少なく、耐久性が向上するという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の要部縦断面図、第２図は
第２実施例の要部縦断面図、第３図は従来の動圧軸受装
置の一例を示す縦断面図である。 ２，２２は軸部材、３．２３はスリーブ、４．２４はラ
ジアル軸受面、５，２５．２５Ａはスラスト軸受面、６
．２６はラジアル受面、７，２７はスラスト受面、８，
３０はへリングボーン状の溝、Ｓはスラスト軸受すきま
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）スリーブは内径面に設けた円筒状のラジアル軸受
   面と一方の端面に設けたスラスト軸受面とを有し、前記
   スリーブに嵌合する軸部材はラジアル軸受面に対向する
   ラジアル受面とスラスト軸受面に対向するスラスト受面
   とを有し、前記ラジアル軸受面とラジアル受面との少な
   くとも一方にヘリングボーン状の溝を設け、前記スラス
   ト軸受面とスラスト受面との少なくとも一方に動圧発生
   用の溝を設け、前記スラスト軸受面とスラスト受面との
   間のスラスト軸受すきまは内側が外側より狭い動圧軸受
   装置。
2. （２）スリーブが炭素繊維を含むアルミ合金からなる請
   求項（１）記載の動圧軸受装置。