JPH09217737A

JPH09217737A - 軸受装置

Info

Publication number: JPH09217737A
Application number: JP2670696A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Suzuki; 光夫鈴木; Yoshihiro Takahashi; 由博高橋
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】特別の機構を付加することなしに、簡単な構
造で１／２ホワールの発生を防止できるとともに、耐磨
耗性にも優れた軸受装置を提供すること。【解決手段】回転軸の半径方向の荷重を受けるラジア
ル軸受に真円動圧軸受５，６を用いるとともに、回転軸
の軸心方向の荷重を受けるアキシャル軸受に点接触式の
スラスト軸受７ａ，１８を用いた軸受装置において、ス
ラスト軸受の点接触用のスラスト突起１８を回転中心Ｏ
から所定量εだけ偏心させて設ける。

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真円動圧軸受を用いるととも
に、回転軸の軸心方向の荷重を支えるアキシャル軸受に
点接触式のスラスト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
実現するための低コストな非接触式軸受として、真円動
圧軸受が使用されている。

【０００３】図６および図７に、従来の真円動圧軸受の
例を示す。図６は従来の真円動圧軸受を用いたポリゴン
スキャナの全体構造を示す縦断面図、図７は図６中の真
円動圧軸受部分の拡大断面図である。

【０００４】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２
ａ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。

【０００５】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。

【０００６】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（図７参照）、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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】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
ぶ。さらに、動圧発生用の流体として図示例のように空
気を利用したものを真円動圧空気軸受と呼ぶ。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、真円
動圧軸受は、固定軸６の外表面に圧力ポンピング用の溝
を一切設けていない。このため、固定軸６の外表面に高
精度を要する溝加工を施す必要がないので、製造コスト
を大幅に低減できるというメリットがある。しかしなが
ら、その反面、この圧力ポンピング用の溝が無いため
に、回転体９の回転が不安定になりやすいという問題が
あった。

【００１５】特に、図示するように固定軸６を鉛直に配
置して使用する場合、回転体９に、いわゆる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）が発生しやすく、このような１／２ホワールを引き
起こすと、最悪の場合、軸ロックを起こして回転不能と
なるおそれがある。

【００１６】従来、この１／２ホワールの発生を防止す
るために、軸受部に横から空気を送り込んて回転軸を偏
心させる方法や、横からスプリングバネで押圧して回転
軸を偏心させる方法などが開発されている。これらの方
法によれば、回転中心を偏心させてラジアル方向の軸受
間隙に変化を与えてやることにより回転体の振れ回りの
励振力を減少させ、回転を安定化して１／２ホワールの
発生を防止することができる。

【００１７】しかしながら、これらの方法によるとき
は、空気を送り込むための機構やスプリングバネで押圧
するための機構を新たに付加する必要があり、軸受部の
構造が複雑になるとともに、コスト高になるという問題
があった。

【００１８】さらに、従来の真円動圧軸受の場合、図示
したように、球面８はその回転中心Ｏの一点でスラスト
受け部材７ａと点接触して回転している。このため、ポ
リイミド樹脂などの合成樹脂からなるスラスト受け部材
７ａの磨耗が激しく、軸受としての寿命が短いという問
題があった。

【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、特別の機構を付加することなし
に、簡単な構造で１／２ホワールの発生を防止できると
ともに、耐磨耗性にも優れた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
るラジアル軸受に真円動圧軸受を用いるとともに、回転
軸の軸心方向の荷重を支えるアキシャル軸受に点接触式
のスラスト軸受を用いた軸受装置において、前記スラス
ト軸受の点接触用のスラスト突起を回転中心から所定量
だけ偏心させて設けたことを特徴とするものである。

【００２１】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、前記スラスト突起を固定軸側に形成し
たことを特徴とするものである。

【００２２】請求鉱３記載の発明は、前記請求項１記載
の発明において、前記スラスト突起を回転軸側に一体形
成したことを特徴とするものである。

【００２３】請求項４記載の発明は、前記請求項２また
は３記載の発明において、前記スラスト突起をスラスト
軸受本体とは別体に構成し、該別体に構成したスラスト
突起を前記固定軸または回転軸の所定位置に固着したこ
とを特徴とするものである。

【００２４】請求項５記載の発明は、前記請求項１〜４
のいずれかに記載の発明において、前記スラスト突起の
外面形状を球面としたことを特徴とするものである。

【００２５】さらに、請求項６記載の発明は、前記請求
項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記真円動
圧軸受として真円動圧空気軸受を用いたことを特徴とす
るものである。

【００２６】上記請求項１〜３記載の発明の場合、回転
体はスラスト突起によって強制的に偏心させられて回転
する。このため、振れ回りの励振力が減少し、１／２ホ
ワールの発生が抑えられる。また、この偏心によりスラ
スト突起の接触点が回転移動するので、従来のような集
中磨耗がなくなり、耐磨耗性も向上する。

【００２７】請求項４記載の発明の場合、スラスト突起
をスラスト軸受本体とは別に造ることができるので、加
工が容易となり、どのような曲面形状のスラスト突起で
あっても簡単かつ正確に作ることができる。また、回転
軸やスラスト受け部材とは異なった材料によってスラス
ト突起を構成することができるので、回転軸やスラスト
部材との相性を考慮しながら最適材料を採用することが
できる。

【００２８】請求項５記載の発明の場合、スラスト突起
を最も簡単な形状である球面としたので、スラスト突起
の製造が容易となる。

【００２９】請求項６記載の発明の場合、動圧発生用の
流体が空気であるため、流体を密封するためのシール構
造が不要であり、軸受部の構造を簡単とすることができ
る。

【００３０】

【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は図２中の軸
受部分の略示拡大図、図２は本発明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。なお、これらの図において、前述した従来例（図
６、図７）と同一もしくは相当部分には同一の符号を付
し、その詳細な説明は省略する。

【００３１】この第１の例になる軸受装置が従来例の軸
受装置と異なる点は、図示するところから明らかなよう
に、固定軸６の上端面に形成した半球状のスラスト突起
１８を回転中心Ｏからεだけ偏心させて形成した点にあ
る。この偏心量εとしては、例えば、固定軸６として炭
素鋼、スラスト受け部材７ａとしてポリイミド樹脂を用
いた場合を例に採ると、回転数２０，０００ｒｐｍ以下
では２ｍｍ以下とすることが望ましい。

【００３２】上記のように、スラスト受け部材７ａと点
接触してスラスト軸受を構成するスラスト突起１８を回
転中心Ｏからεだけ偏心させて設けると、このスラスト
突起１８の上に載せられた回転体９は矢印の方向に傾
き、強制的に偏心して回転させられる。このため、振れ
回りの励振力が減少し、１／２ホワールの発生が抑えら
れ、安定に回転するようになる。

【００３３】また、スラスト突起１８とスラスト受け部
材７ａの点接触位置は、回転体９の回転に伴って半径ε
の円を描きながらスラスト受け部材７ａの表面を回転移
動するので、従来のように接触点が回転中心Ｏの一点に
固定されることがない。このため、集中磨耗が起こら
ず、耐磨耗性に優れた軸受となる。

【００３４】図３に、本発明の軸受装置の第２の例を示
す。この第２の例は、前記第１の例とは逆に、スラスト
受け部材７ａ側に半球状のスラスト突起１９を形成した
ものである。このようにスラスト突起１９の形成位置を
逆にしても、同様の作用効果が得られる。

【００３５】図４に、本発明の軸受装置の第３の例を示
す。この第３の例は、図１の例におけるスラスト突起１
８の形状を変え、固定軸６の上端面全体を球面に形成し
たものである。すなわち、偏心位置εにおいてスラスト
受け部材７ａと接する半径Ｒの大球面からなるスラスト
突起２０を固定軸６の上端面全体に形成し、該大球面状
のスラスト突起１９の頂点位置でスラスト受け部材７ａ
と点接触するように構成したものである。この第３の例
も、前述した第１の例と同様の作用効果が得られる。

【００３６】図５に、本発明の軸受装置の第４の例を示
す。この第４の例は、前記第３の例とは逆に、スラスト
受け部材７ａ側に半径Ｒの大球面からなるスラスト突起
２１を形成したものである。このようにスラスト突起１
９の形成位置を逆にしても、同様の作用効果が得られ
る。

【００３７】なお、前記各例は、いずれも動圧発生用の
流体として空気を利用した場合を例に採ったが、軸受部
分をシール構造とすれば、動圧発生用の流体として空気
以外の液体を用いることもできる。

【００３８】また、スラスト突起１９〜２１の外面形状
も球面状としたが、点接触可能な形状であれば、球面に
限らずどのような曲面形状であっても適用可能である。

【００３９】また、スラスト突起１８〜２１を固定軸６
またはスラスト受け部材７ａと一体形成したが、これら
スラスト突起を別部材として作製しておき、この別体に
作製しておいたスラスト突起を固定軸６の上端面または
スラスト受け部材７ａの表面に固着するようにしてもよ
い。

【００４０】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。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３記載
の発明によるときは、スラスト軸受の点接触用のスラス
ト突起を回転中心から所定量だけ偏心して設けたので、
回転体の振れ回りの励振力を減少して１／２ホワールの
発生を抑えることができ、安定した回転を実現すること
ができる。また、偏心によりスラスト軸受の接触点が回
転移動するので、集中磨耗がなくなり、耐磨耗性も向上
する。このため、特別の機構を付加することなしに簡単
な構造で１／２ホワールの発生を防止でき、低コスト化
を図ることができる。

【００４２】また、請求項４記載の発明によるときは、
スラスト突起を軸受部分とは別体に構成し、該別体に構
成したスラスト突起を固定軸または回転軸の所定位置に
固着したので、スラスト突起をスラスト軸受本体とは別
に造ることができるので、加工が容易となり、どのよう
な曲面形状のスラスト突起であっても簡単かつ正確に作
ることができる。また、回転軸やスラスト受け部材とは
異なった材料によってスラスト突起を構成することがで
きるので、回転軸やスラスト部材との相性を考慮しなが
ら最適材料を採用することができる。このため、極めて
精度のよい軸受を得ることができる。

【００４３】また、請求項５記載の発明によるときは、
スラスト突起を最も簡単な形状である球面としたので、
スラスト突起の製造が容易となる。このため、低コスト
化を図ることができる。

【００４４】さらに、請求項６記載の発明によるとき
は、真円動圧軸受として真円動圧空気軸受を用いたの
で、流体を密封するためのシール構造が不要であり、軸
受部の構造が簡単で、小型化と低コスト化を図ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受装置の第１の例を示すもので、
（Ａ）は軸受部分の略示拡大平面図、（Ｂ）は軸受部分
の略示拡大縦断面図である。

【図２】本発明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３】本発明の軸受装置の第２の例の拡大縦断面図で
ある。

【図４】本発明の軸受装置の第２の例の拡大縦断面図で
ある。

【図５】本発明の軸受装置の第２の例の拡大縦断面図で
ある。

【図６】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７】図６中の軸受部分の拡大縦断面図である。

【符号の説明】

１ポリゴンミラー２円筒状の回転軸３ロータヨーク４ロータマグネット５スリーブ６固定軸７スラストカバー７ａスラスト受け部材９回転体１１ベースカラー１４巻線コイル１５ホール素子１８〜２１スラスト突起Ｏ回転中心 ε スラスト突起の偏心量

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
ル軸受に真円動圧軸受を用いるとともに、回転軸の軸心
方向の荷重を支えるアキシャル軸受に点接触式のスラス
ト軸受を用いた軸受装置において、前記スラスト軸受の点接触用のスラスト突起を回転中心
から所定量だけ偏心させて設けたことを特徴とする軸受
装置。
【請求項２】前記スラスト突起を固定軸側に形成した
ことを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
【請求項３】前記スラスト突起を回転軸側に形成した
ことを特徴とする請求項１記載の軸受装置。
【請求項４】前記スラスト突起をスラスト軸受本体と
は別体に構成し、該別体に構成したスラスト突起を前記
固定軸または回転軸の所定位置に固着したことを特徴と
する請求項２または３記載の軸受装置。
【請求項５】前記スラスト突起の外面形状を球面とし
たことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軸
受装置。
【請求項６】前記真円動圧軸受として真円動圧空気軸
受を用いたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
記載の軸受装置。