JPH09217733A

JPH09217733A - 軸受装置

Info

Publication number: JPH09217733A
Application number: JP2670796A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Suzuki; 光夫鈴木
Original assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Current assignee: Tohoku Ricoh Co Ltd; Ricoh Co Ltd
Priority date: 1996-02-14
Filing date: 1996-02-14
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】動圧軸受を構成する各部材の熱膨張率の違い
によるスリーブへの悪影響を防止し、温度環境の変化に
対しても安定に回転することのできる軸受装置を提供す
ること。【解決手段】回転軸２の半径方向の荷重を支えるラジ
アル軸受に動圧軸受を用い、少なくとも該動圧軸受の回
転軸２に樹脂材料からなるスリーブ５を嵌合固着した軸
受装置において、回転軸２の上下両端に嵌合突起２ｄ，
２ｅを形成し、この嵌合突起２ｄ，２ｅの間にスリーブ
５を嵌合固着し、スリーブ５と回転軸２との間に間隙部
Ｇを形成した。この間隙部Ｇによってスリーブ５の熱変
形を吸収し、温度変化によってスリーブ５の内周面５ａ
と固定軸６の外周面６ａとが接触することのないように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリゴンスキャナ
やハードディスクドライブなどの高速回転する装置に用
いられる軸受装置に係り、特に、回転軸の半径方向の荷
重を支えるラジアル軸受に動圧軸受を用いた軸受装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ポリゴンスキャナやハードディス
クドライブなどの高速回転する装置に用いられる軸受装
置としては、玉軸受と呼ばれる転がり軸受が用いられて
いた。この玉軸受の使用可能な回転数の上限は、騒音や
寿命などの点からせいぜい１７，０００ｒｐｍ程度とさ
れており、これ以上の回転数に対応させたい場合には非
接触式の軸受を使用する必要があった。そこで、これを
実現するための非接触式軸受として、動圧軸受が使用さ
れている。

【０００３】図５に、従来の動圧軸受装置を用いて構成
したポリゴンスキャナの例を示す。図中、１はその周面
を鏡面とされたアルミ合金などからなる多角形のポリゴ
ンミラーであって、このポリゴンミラー１は、円筒状の
回転軸２のフランジ部２ａの上面に取り付けられ、回転
軸２と一体になって回転するように構成されている。

【０００４】さらに、この回転軸２のフランジ部２ａの
下面には、ロータヨーク３、ロータマグネット４が取り
付けられ、また、回転軸２の円筒内周面には、円筒状の
スリーブ５が嵌合固着されている。そして、このスリー
ブ５を嵌合固着された回転軸２は、固定軸６に回転自在
に遊嵌され、全体として回転体（ロータ）９を構成して
いる。

【０００５】前記スリーブ５の内周面５ａと固定軸６の
外周面６ａとの間には、数μｍ〜十数μｍという微小な
間隙が与えられており、この間隙によってスリーブ５と
固定軸６は回転軸の半径方向の荷重を支えるための非接
触式のラジアル軸受たる動圧軸受を構成している。

【０００６】前記固定軸６の上端面は、回転中心Ｏを頂
点とする球面８とされている。そして、この球面８と対
向して配置された回転軸２のスラストカバー７の下面に
は、該球面８と点接触状態で接する平板状のスラスト受
け部材７ａが固設されており、このスラスト受け部材７
ａと球面８によって、回転軸の軸心方向の荷重を支える
ための点接触式のアキシャル軸受たるスラスト軸受を構
成している。

【０００７】なお、前述したスリーブ５とスラスト受け
部材７ａは、耐磨耗および潤滑性に優れた部材、例えば
ポリイミド樹脂などの合成樹脂材料で構成されている。
また、固定軸６は、例えば炭素鋼やステンレス鋼などの
金属材料で構成されている。

【０００８】前記回転軸２の上面には環状溝２ｂが形成
されているとともに、ロータヨーク３の外周縁は上方に
折り曲げられて環状縁部３ａとされている。これら環状
溝２ｂと環状縁部３ａは、バランス調整用の重りを取り
付けるためのもので、図示するように、所定の位置に重
り２ｃ，３ｂを取り付けることにより、回転体９のアン
バランスを修正するものである。

【０００９】前記固定軸６は、ベースカラー１１によっ
て、ベース部材１２に鉛直上向きに取り付けられてい
る。ベース部材１２の上面にはプリント基板１３が配置
されており、この基板上に、巻線コイル１４、ホール素
子１５、制御用ＩＣ１６、コネクタ１７が実装されてい
る。

【００１０】巻線コイル１４は、回転体９に取り付けら
れているロータマグネット４と僅かの間隙をおいてプリ
ント基板１３上に固設されており、ホール素子１５で検
出される回転体９の回転位相に基づいて制御用ＩＣ１６
によって巻線コイル１４の励磁電流を切換制御すること
により、回転体９をモータとして回転させるものであ
る。

【００１１】上記のようにして回転体９が回転すると、
スリーブ５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａの間に
形成された間隙の空気圧が高まり、回転体９は固定軸６
の外周面と非接触状態で回転するようになる。このた
め、軸受周面の回転摩擦が極めて小さくなり、高い回転
数まで騒音なしに滑らかに回転させることが可能とな
る。

【００１２】なお、前記固定軸６の外表面には、スリー
ブ５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａの間に形成さ
れた間隙の空気圧を効率よく高めるための圧力ポンピン
グ用の溝は何ら形成されておらず、その断面は完全な真
円である。このように、圧力ポンピング用の溝の切られ
ていない真円の軸を用いた動圧軸受を真円動圧軸受と呼
んでいる。

【００１３】一方、コスト的には高くなるが、固定軸６
の外表面に圧力ポンピング用の溝を形成した動圧軸受も
ある。この溝付き動圧軸受は、その溝によって発生する
圧力で回転軸２を偏心させることができるため、１／２
ホワール（回転周波数の１／２回転成分の振れ回り旋回
現象）のない安定した回転を実現できる。本発明は、こ
れら真円動圧軸受と溝付き動圧軸受を含むすべての動圧
軸受に対して適用されるものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記回転軸
２はアルミ合金などで構成され、スリーブ５は耐磨耗お
よび潤滑性に優れたポリイミド樹脂などの樹脂材料で構
成され、また、固定軸６は炭素鋼やステンレス鋼などの
金属材料で構成されており、それぞれの構成部材の熱膨
張率が異なっている。このため、周囲の温度変化に対し
て次のような問題があった。

【００１５】すなわち、図６に前記動圧軸受部分の略示
拡大横断面図を示すように、スリーブ５は回転軸２内に
圧入されて密着状態で嵌合固着されているが、合成樹脂
材からなるスリーブ５の方がアルミ合金からなる回転軸
２よりも熱膨脹率が大きい。このため、例えば、周囲温
度が高くなってスリーブ５が膨張すると、このスリーブ
５の膨脹は嵌合固着されている回転軸２の内周面で抑え
られてしまう。

【００１６】この結果、スリーブ５はこの膨脹分を吸収
するためにその全体が波打った状態となり、スリーブ内
周面に凹凸が発生する。さらに、合成樹脂やアルミ合金
に比べるとその熱膨張率は小さいが、炭素鋼やステンレ
ス鋼などからなる固定軸６も温度の上昇に伴って外方へ
と膨らむ。

【００１７】前述したように、スリーブ５の内周面５ａ
と固定軸６の外周面６ａとの間に形成された間隙は、数
μｍ〜十数μｍという極めて微小な空間である。このた
め、温度上昇に伴う熱膨脹によってスリーブ２の内周面
に凹凸が発生し、また、固定軸６が外方へ膨脹すると、
スリーブ５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａとの間
の間隙がせまくなって固定軸６と回転軸２が接触し、回
転不良を起こすおそれがある。

【００１８】このような問題をなくすには、前記スリー
ブ５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａとの間の間隙
を大きくすればよいが、この間隙を大きくすると、回転
時の空気圧の発生がほとんどなくなるため、動圧軸受と
して作用することができなくなってしまう。このため、
前記間隙は可能な限り狭く設定しなければならず、上記
のような問題が常につきまとっていた。

【００１９】本発明は、上記のような問題を解決するた
めになされたもので、動圧軸受を構成する各部材の熱膨
張率の違いによるスリーブへの悪影響を防止し、温度環
境の変化に対しても安定に回転することのできる軸受装
置を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では次のような手段を採用した。すなわち、
請求項１記載の発明は、回転軸の半径方向の荷重を支え
るラジアル軸受に動圧軸受を用い、少なくとも該動圧軸
受の回転軸に樹脂材料からなるスリーブを嵌合固着した
軸受装置において、前記スリーブと前記回転軸との間に
間隙部を形成したことを特徴とするものである。

【００２１】このような構成とした場合、熱膨脹率の大
きな合成樹脂材料からなるスリーブが熱変形してもその
変形は間隙部で吸収され、スリーブと固定軸が接触する
ようなことがなくなる。このため、熱変形による起動不
良や回転不良がなくなり、温度環境の変化に対して安定
に回転させることができる。

【００２２】また、請求項２記載の発明は、前記請求項
１記載の発明において、前記スリーブを嵌合突起によっ
て回転軸に嵌合固着し、該嵌合突起以外の部分を間隙部
としたことを特徴とするものである。

【００２３】このような構成とした場合、嵌合突起によ
って嵌合固着された部位以外はそのまま間隙部となるの
で、スリーブを回転軸に嵌合固着するだけで簡単に間隙
部を形成することができる。

【００２４】また、請求項３記載の発明は、前記請求項
２記載の発明において、前記嵌合突起を回転軸の上下両
端に一体形成したことを特徴とするものである。

【００２５】このような構成とした場合、スリーブの固
着位置を動圧軸受部から外れた位置とすることができ
る。

【００２６】また、請求項４記載の発明は、前記請求項
２記載の発明において、前記嵌合突起をスリーブの上下
両端に一体形成したことを特徴とするものである。

【００２７】このような構成とした場合、スリーブの固
着位置を動圧軸受部から外れた位置とすることができ
る。

【００２８】また、請求項５記載の発明は、前記請求項
３または４記載の発明において、前記上下両端に形成し
た嵌合突起がそれぞれ周方向に等間隔に配置された複数
個の突起からなることを特徴とするものである。

【００２９】このような構成とした場合、周方向の複数
個所でスリーブを嵌合固着することができるので、組み
立て時における回転軸へのスリーブの圧入が容易とな
る。

【００３０】また、請求項６記載の発明は、前記請求項
２〜５のいずれかに記載の発明において、前記スリーブ
の前記嵌合突起と対向する位置の内周面に、固定軸周面
との接触を回避する逃げ部を形成したことを特徴とする
ものである。

【００３１】このような構成とした場合、間隙部の存在
しない嵌合突起部位置の熱変形を前記逃げ部で吸収する
ことができ、嵌合突起位置でスリーブ内周面が固定軸の
外周面に接触するというようなことがなくなる。

【００３２】また、請求項７記載の発明は、前記請求項
６記載の発明において、前記逃げ部の幅が嵌合突起の幅
よりも大きくされていることを特徴とするものである。

【００３３】このような構成とした場合、嵌合突起部位
の熱変形を前記逃げ部で完全に吸収することができる。

【００３４】さらに、請求項８記載の発明は、前記請求
項２〜７のいずれかに記載の発明において、前記固定軸
の前記嵌合突起と対向する位置の外周面に、前記スリー
ブ周面との接触を回避する逃げ部を形成したことを特徴
とするものである。

【００３５】このような構成とした場合、間隙部の存在
しない嵌合突起部位置の熱変形を前記逃げ部で吸収する
ことができ、嵌合突起位置でスリーブ内周面が固定軸の
外周面に接触するというようなことがなくなる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。図１および図２は本発明
の軸受装置の第１の例を示すもので、図１は動圧軸受部
分の略示拡大縦断面図、図２はその横断面図である。な
お、これらの図において、前述した従来の軸受装置（図
５）における動圧軸受部分と同一もしくは相当部分には
同一の符号を付して示した。

【００３７】図１および図２において、２は回転軸、５
はスリーブ、６は固定軸、１１はベースカラーである。
回転軸２の円筒内周面の上下両端位置には、それぞれ周
方向に等間隔に分割配置した所定個の突起からなる嵌合
突起２ｄと２ｅ（図示例は上下それぞれ１２０°間隔で
３個づつ）が形成されている。スリーブ５は、嵌合突起
２ｄ，２ｅの間に圧入されて回転軸２と一体に嵌合固着
されており、上下両端の嵌合突起２ｄ，２ｅの間の周面
は長さＬの間隙部Ｇとされている。

【００３８】このように、嵌合突起２ｄと２ｅによっ
て、スリーブ５の外周面と回転軸２の内周面の間に間隙
部Ｇを形成すると、スリーブ５が膨脹形しても、その膨
脹分は間隙部Ｇによって吸収されるので、従来のように
スリーブ５の内周面が波状に凹凸変形して固定軸６の外
周面に接触するというようなことがなくなる。

【００３９】さらに、スリーブ５の上端の側内周面に
は、嵌合突起２ｄと対向する位置に、逃げ部５ｂが形成
されている。この逃げ部５ｂの溝幅Ｗは、嵌合突起２ｄ
の突起幅ｘよりも広く採られている。また、下側の嵌合
突起２ｅと対向する位置の回転軸２の外周面には、その
軸径を小さくすることにより、環状の逃げ部６ｂが形成
されている。

【００４０】図示するように、スリーブ５は嵌合突起２
ｄ，２ｅに圧入して嵌合固着されている。このため、こ
の嵌合突起２ｄ，２ｅ部分では間隙部Ｇが存在せず、ス
リーブ５の熱膨張による変形を逃がすことができない。
そこで、本発明では、前記したように上下両端の嵌合突
起２ｄ，２ｅと対向させて、スリーブ５の内周面位置お
よぶ固定軸６の外周面位置に、スリーブ５との接触を回
避するための逃げ部５ｂ，６ｂを形成したものである。

【００４１】このようにすれば、間隙部Ｇの存在しない
嵌合突起２ｄ，２ｅ部分のスリーブ５の熱膨脹を、この
逃げ部５ｂ，６ｂで吸収することができる。このため、
嵌合突起２ｄ，２ｅの位置でスリーブ２が固定軸６に接
触するというようなことを防止できる。

【００４２】なお、前記スリーブ内周面の逃げ部５ｂは
上側だけでなく、下側あるいは上下両側に設けてもよ
い。また、固定軸６の逃げ部６ｂも、下側だけでなく、
上側あるいは上下両側に形成してもよい。さらに、スリ
ーブ５側だけに逃げ部を設けてもよいし、固定軸６側だ
けに逃げ部を設けてもよい。熱膨張時の接触を回避でき
るのであれば、いずれの側に形成してもよいものであ
る。

【００４３】図２および図３に、本発明の軸受装置の第
２の例を示す。図２は動圧軸受部分の略示拡大縦断面
図、図３はその横断面図である。なお、これらの図にお
いて、前述した従来の軸受装置（図５）における動圧軸
受部分と同一もしくは相当部分には同一の符号を付して
示した。

【００４４】この第２の例は、スリーブ５の上下両端位
置に、嵌合突起５ｄ，５ｅを一体形成したものである。
他の部分の構成は、前述した第１の例と同様であるの
で、その説明は省略する。

【００４５】この第２の例の場合も、間隙部Ｇと逃げ部
５ｂ，６ｂによってスリーブ５の熱変形を吸収し、スリ
ーブ５の内周面５ａと固定軸６の外周面６ａとが接触す
ることを防止している。このため、スリーブ５が熱膨脹
しても、従来のようにスリーブ５の内周面５ａと固定軸
６の外周面６ａとが接触するようなことがなくなり、温
度変化に対して回転軸２を滑らかに回転させることがで
きる。

【００４６】なお、前記各例は、嵌合突起をスリーブ５
または回転軸２の上下両端に形成したが、上下両端に限
られるものではなく、動圧軸受部の任意の位置に任意の
個数形成してもよいものである。また、嵌合突起を円周
方向に３等分して形成したが、３個以上に分割して形成
してもよいし、あるいは、分割することなくリング状の
嵌合突起としてもよいものである。

【００４７】さらに、前記各例は、真円動圧軸受を用い
た場合を例に採ったが、本発明は溝付き動圧軸受に対し
ても同様に適用できるものである。

【００４８】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれらに限定されるものではなく、その
発明の主旨に沿った各種の変形が可能である。

【００４９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によるときは、回転
軸の半径方向の荷重を支えるラジアル軸受に動圧軸受を
用い、少なくとも該動圧軸受の回転軸に樹脂材料からな
るスリーブを嵌合固着した軸受装置において、前記スリ
ーブと前記回転軸との間に間隙部を形成したので、熱膨
脹率の大きな合成樹脂材料からなるスリーブが熱変形し
てもその変形は間隙部で吸収され、固定軸に接触するよ
うなことがなくなる。このため、熱変形による起動不良
や回転不良がなくなり、温度環境の変化に対して安定に
回転させることができる。

【００５０】また、請求項２記載の発明は、前記スリー
ブを嵌合突起によって回転軸に嵌合固着し、該嵌合突起
以外の部分を間隙部としたので、嵌合突起で支持された
部位以外の部位はそのまま間隙部となり、スリーブを回
転軸に嵌合固着するだけで簡単に間隙部を形成すること
ができる。このため、構造が簡単で、組み立てが容易に
なるとともに、コストを低減することができる。

【００５１】また、請求項３記載の発明は、前記嵌合突
起を回転軸の上下両端に一体形成したので、スリーブの
固着位置を動圧軸受部から外れた位置とすることができ
る。このため、スリーブの熱変形による歪みが動圧軸受
部に直接作用することがなくなり、温度環境の変化に対
してより安定に回転させることができる。

【００５２】また、請求項４記載の発明は、前記嵌合突
起をスリーブの上下両端に一体形成したので、スリーブ
の固着位置を動圧軸受部から外れた位置とすることがで
きる。このため、スリーブの熱変形による歪みが動圧軸
受部に直接作用することがなくなり、温度環境の変化に
対してより安定に回転させることができる。

【００５３】また、請求項５記載の発明は、前記上下両
端に形成した嵌合突起をそれぞれ周方向に等間隔に配置
された複数個の突起から構成したので、スリーブをその
全周でなく周方向の複数個所で支持して固着でき、組み
立て時における回転軸へのスリーブの圧入が容易とな
る。このため、組み立て性に優れた軸受装置を得ること
ができる。

【００５４】また、請求項６記載の発明は、スリーブの
嵌合突起と対向する位置の内周面に、固定軸周面との接
触を回避する逃げ部を形成したので、間隙部の存在しな
い嵌合突起部の熱変形をこの逃げ部で吸収することがで
きる。このため、嵌合突起位置でスリーブ内周面が固定
軸の外周面に接触するというようなことが防止され、温
度環境の変化に対してより安定に回転させることができ
る。

【００５５】また、請求項７記載の発明は、前記逃げ部
の幅が嵌合突起の幅よりも大きくされているので、嵌合
突起部位の熱変形を前記逃げ部で完全に吸収することが
できる。このため、温度環境の変化に対してより安定に
回転させることができる。

【００５６】さらに、請求項８記載の発明は、前記固定
軸の嵌合突起と対向する位置の外周面に、前記スリーブ
周面との接触を回避する逃げ部を形成したので、間隙部
の存在しない嵌合突起部位の熱変形をこの逃げ部で吸収
することができる。このため、嵌合突起位置でスリーブ
内周面が固定軸の外周面に接触するというようなことが
防止され、温度環境の変化に対してより安定に回転させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受装置の第１の例を示す略示拡大縦
断面図である。

【図２】前記第１の例の略示拡大横断面図である。

【図３】本発明の軸受装置の第２の例を示す略示拡大縦
断面図である。

【図４】前記第２の例の略示拡大横断面図である。

【図５】従来の軸受装置を用いて構成したポリゴンスキ
ャナの全体構造を示す縦断面図である。

【図６】図５中の動圧軸受部分の略示拡大横断面図であ
る。

【符号の説明】

１ポリゴンミラー２回転軸２ｄ嵌合突起２ｅ嵌合突起３ロータヨーク４ロータマグネット５スリーブ５ａスリーブの内周面５ｂ逃げ部５ｄ嵌合突起５ｅ嵌合突起６固定軸６ａ固定軸の外周面６ｂ逃げ部７スラストカバー８球面７ａスラスト受け部材９回転体１１ベースカラーＧ間隙部Ｗ逃げ部の溝幅ｘ嵌合突起の突起幅

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転軸の半径方向の荷重を支えるラジア
ル軸受に動圧軸受を用い、少なくとも該動圧軸受の回転
軸に樹脂材料からなるスリーブを嵌合固着した軸受装置
において、前記スリーブと前記回転軸との間に間隙部を形成したこ
とを特徴とする軸受装置。
【請求項２】前記スリーブを嵌合突起によって回転軸
に嵌合固着し、該嵌合突起以外の部分を間隙部としたこ
とを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
【請求項３】前記嵌合突起を回転軸の上下両端に一体
形成したことを特徴とする請求項２記載の軸受装置。
【請求項４】前記嵌合突起をスリーブの上下両端に一
体形成したことを特徴とする請求項２記載の軸受装置。
【請求項５】前記上下両端に形成した嵌合突起がそれ
ぞれ周方向に等間隔に配置された複数個の突起からなる
ことを特徴とする請求項３または４記載の軸受装置。
【請求項６】前記スリーブの前記嵌合突起と対向する
位置の内周面に、前記固定軸周面との接触を回避する逃
げ部を形成したことを特徴とする請求項２〜５のいずれ
かに記載の軸受装置。
【請求項７】前記逃げ部の幅が嵌合突起の幅よりも大
きくされていることを特徴とする請求項６記載の軸受装
置。
【請求項８】前記固定軸の前記嵌合突起と対向する位
置の外周面に、前記スリーブ周面との接触を回避する逃
げ部を形成したことを特徴とする請求項２〜７のいずれ
かに記載の軸受装置。